Bộ khuếch đại - Hướng dẫn nhanh

Mỗi materialtrong tự nhiên có những thuộc tính nhất định. Các thuộc tính này xác định hành vi của vật liệu. Khoa học Vật liệu là một nhánh của điện tử liên quan đến việc nghiên cứu dòng chảy của các electron trong các vật liệu hoặc không gian khác nhau, khi chúng chịu các điều kiện khác nhau.

Do sự trộn lẫn của các nguyên tử trong chất rắn, thay vì các mức năng lượng đơn lẻ, sẽ có các dải mức năng lượng được hình thành. Tập hợp các mức năng lượng này, được đóng gói chặt chẽ được gọi làEnergy bands.

Các loại vật liệu

Dải năng lượng trong đó các điện tử hóa trị được gọi là Valence band, trong khi vùng có các điện tử dẫn được gọi là Conduction band. Khoảng cách năng lượng giữa hai dải này được gọi làForbidden energy gap.

Về mặt điện tử, các vật liệu được phân loại rộng rãi thành Chất cách điện, Chất bán dẫn và Chất dẫn điện.

• Insulators- Chất cách điện là những vật liệu mà sự dẫn điện không thể thực hiện được do khe hở cấm lớn. Ví dụ: Gỗ, Cao su.

• Semiconductors- Chất bán dẫn là những vật liệu trong đó khoảng trống năng lượng bị cấm là nhỏ và sự dẫn truyền xảy ra nếu có một số năng lượng bên ngoài tác dụng. Ví dụ: Silicon, Germanium.

• Conductors- Chất dẫn điện là những vật liệu trong đó khoảng trống năng lượng bị cấm biến mất khi vùng hóa trị và vùng dẫn trở nên rất gần nhau và chúng chồng lên nhau. Ví dụ: Đồng, Nhôm.

Trong số cả ba, chất cách điện được sử dụng khi có điện trở suất đối với điện là mong muốn và chất cách điện được sử dụng khi độ dẫn điện phải cao. Các chất bán dẫn là những chất làm nảy sinh mối quan tâm cụ thể về cách chúng được sử dụng.

Chất bán dẫn

A Semiconductorlà chất có điện trở suất nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Tính chất của điện trở suất không phải là đặc tính duy nhất quyết định vật liệu làm chất bán dẫn, nhưng nó có một số tính chất như sau.

• Chất bán dẫn có điện trở suất nhỏ hơn chất cách điện và hơn chất dẫn điện.

• Chất bán dẫn có đồng nhiệt độ âm. Điện trở trong chất bán dẫn tăng khi nhiệt độ giảm và ngược lại.

• Đặc tính dẫn điện của Chất bán dẫn thay đổi, khi một tạp chất kim loại thích hợp được thêm vào nó, đây là một đặc tính rất quan trọng.

Các thiết bị bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử. Bóng bán dẫn đã thay thế các ống chân không cồng kềnh, từ đó kích thước và giá thành của các thiết bị giảm xuống và cuộc cách mạng này không ngừng tăng tốc dẫn đến những phát minh mới như điện tử tích hợp. Chất bán dẫn có thể được phân loại như hình dưới đây.

Một chất bán dẫn ở dạng cực kỳ tinh khiết được cho là intrinsic semiconductor. Nhưng khả năng dẫn truyền của dạng tinh khiết này quá thấp. Để tăng khả năng dẫn điện của chất bán dẫn nội tại, tốt hơn nên pha thêm một số tạp chất. Quá trình thêm tạp chất này được gọi làDoping. Bây giờ, chất bán dẫn nội tại pha tạp chất này được gọi làExtrinsic Semiconductor.

Các tạp chất được thêm vào, nói chung là pentavalent và trivalenttạp chất. Tùy thuộc vào các loại tạp chất này, việc phân loại khác được thực hiện. Khi mộtpentavalent tạp chất được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết, nó được gọi là N-type extrinsic Semiconductor. Đồng thời, khi mộttrivalent tạp chất được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết, nó được gọi là P-type extrinsic Semiconductor.

Giao lộ PN

Khi một electron di chuyển khỏi vị trí của nó, một lỗ trống được cho là sẽ được hình thành ở đó. Vì vậy, một lỗ trống là sự vắng mặt của một electron. Nếu một electron được cho là di chuyển từ cực âm sang cực dương, điều đó có nghĩa là một lỗ trống đang được chuyển từ cực dương sang cực âm.

Các vật liệu được đề cập ở trên là những điều cơ bản của công nghệ bán dẫn. CácN-type vật liệu được hình thành bằng cách thêm các tạp chất ngũ giác có electrons as its majority carriersvà lỗ hổng như là những người mang thiểu số. Trong khiP-type vật liệu được hình thành bằng cách thêm các tạp chất hóa trị ba có holes as its majority carriers và các electron là hạt tải điện thiểu số.

Chúng ta hãy thử tìm hiểu điều gì sẽ xảy ra khi vật liệu P và N được kết hợp với nhau.

Nếu vật liệu loại P và vật liệu loại N được đặt lại gần nhau, cả hai chúng sẽ tham gia tạo thành một đường giao nhau, như thể hiện trong hình bên dưới.

Vật liệu loại P có holes như là majority carriers và vật liệu loại N có electrons như là majority carriers. Khi thu hút các điện tích trái dấu, một số lỗ trống ở loại P có xu hướng đi về phía n, trong khi một số electron ở loại N có xu hướng đi về phía P.

Khi cả hai di chuyển về phía đường giao nhau, các lỗ trống và các điện tử tái kết hợp với nhau để trung hòa và tạo thành các ion. Bây giờ, trong đường giao nhau này, tồn tại một vùng mà các ion âm và dương được hình thành, được gọi làPN junction hoặc rào cản đường giao nhau như trong hình.

Sự hình thành các ion âm ở phía P và các ion dương ở phía N dẫn đến việc hình thành một vùng tích điện hẹp ở hai bên của điểm nối PN. Khu vực này hiện không có các nhà cung cấp dịch vụ di chuyển phí. Các ion hiện diện ở đây đã đứng yên và duy trì một vùng không gian giữa chúng mà không có bất kỳ hạt mang điện tích nào.

Vì vùng này hoạt động như một rào cản giữa các vật liệu loại P và N, vùng này còn được gọi là Barrier junction. Tên này có một tên gọi khác làDepletion regioncó nghĩa là nó làm cạn kiệt cả hai khu vực. Xảy ra sự chênh lệch điện thế V _D do sự hình thành các ion, qua đường giao nhau được gọi làPotential Barriervì nó ngăn cản sự di chuyển thêm của các lỗ trống và các electron qua đường giao nhau. Sự hình thành này được gọi làDiode.

Xu hướng của một Diode

Khi một diode hoặc bất kỳ hai thành phần đầu cuối nào được kết nối trong một mạch, nó có hai điều kiện phân cực với nguồn cung cấp cho trước. họ đangForward biased điều kiện và Reverse biased tình trạng.

Điều kiện thiên vị chuyển tiếp

Khi một diode được kết nối trong một mạch, với anode to the positive thiết bị đầu cuối và cathode to the negative đầu cuối của nguồn cung cấp, thì kết nối như vậy được cho là forward biased tình trạng.

Loại kết nối này làm cho mạch ngày càng phân cực thuận hơn và giúp dẫn truyền nhiều hơn. Một diode dẫn điện tốt trong điều kiện phân cực thuận.

Điều kiện thiên vị ngược

Khi một diode được kết nối trong một mạch, với anode to the negative thiết bị đầu cuối và cathode to the positive đầu cuối của nguồn cung cấp, thì kết nối như vậy được cho là Reverse biased tình trạng.

Loại kết nối này làm cho mạch ngày càng bị phân cực ngược và giúp giảm thiểu và ngăn chặn sự dẫn điện. Một diode không thể dẫn trong điều kiện phân cực ngược.

Với những thông tin trên, bây giờ chúng ta đã hiểu rõ về mối nối PN là gì. Với kiến ​​thức này, chúng ta hãy chuyển sang và tìm hiểu về bóng bán dẫn trong chương tiếp theo.

Sau khi biết chi tiết về một điểm nối PN đơn, hoặc đơn giản là một diode, chúng ta hãy thử đi đến kết nối hai điểm nối PN. Nếu một vật liệu loại P khác hoặc vật liệu loại N được thêm vào một mối nối PN duy nhất, một mối nối khác sẽ được hình thành. Sự hình thành như vậy được gọi đơn giản làTransistor.

A Transistor là một thiết bị bán dẫn ba đầu cuối điều chỉnh dòng điện hoặc dòng điện áp và hoạt động như một công tắc hoặc cổng cho tín hiệu.

Công dụng của bóng bán dẫn

• Một bóng bán dẫn hoạt động như an Amplifier, khi cường độ tín hiệu phải được tăng lên.

• Một bóng bán dẫn cũng hoạt động như một switch để chọn giữa các tùy chọn có sẵn.

• Nó cũng regulates sự đến current and voltage của các tín hiệu.

Chi tiết cấu tạo của một bóng bán dẫn

Transistor là một thiết bị trạng thái rắn ba đầu cuối được hình thành bằng cách kết nối hai điốt trở lại với nhau. Do đó nó đã cótwo PN junctions. Ba thiết bị đầu cuối được rút ra từ ba vật liệu bán dẫn có trong nó. Loại kết nối này cung cấp hai loại bóng bán dẫn. họ đangPNP và NPN có nghĩa là vật liệu loại N nằm giữa hai loại và loại kia là vật liệu loại P giữa hai loại N.

Hình minh họa sau đây cho thấy cấu tạo cơ bản của bóng bán dẫn

Ba thiết bị đầu cuối rút ra từ bóng bán dẫn cho biết Emitter, Base và Collectorthiết bị đầu cuối. Chúng có chức năng như được thảo luận bên dưới.

Máy phát

• Phía bên trái của cấu trúc được hiển thị ở trên có thể được hiểu là Emitter.

• Điều này có một moderate size và là heavily doped vì chức năng chính của nó là supply một số majority carriers, tức là electron hoặc lỗ trống.

• Khi nó phát ra các electron, nó được gọi là Emitter.

• Điều này được chỉ ra đơn giản bằng chữ cái E.

Căn cứ

• Vật liệu ở giữa trong hình trên là Base.

• Đây là thin và lightly doped.

• Chức năng chính của nó là pass phần lớn sóng mang từ bộ phát đến bộ thu.

• Điều này được biểu thị bằng chữ cái B.

Người sưu tầm

• Vật liệu bên phải trong hình trên có thể được hiểu là Collector.

• Tên của nó ngụ ý chức năng của nó collecting the carriers.

• Đây là một bit largervề kích thước hơn bộ phát và đế. Nó làmoderately doped.

• Điều này được biểu thị bằng chữ cái C.

Các ký hiệu của bóng bán dẫn PNP và NPN như hình dưới đây.

Các arrow-head trong các hình trên chỉ ra emittercủa một bóng bán dẫn. Vì bộ thu của bóng bán dẫn phải tiêu tán công suất lớn hơn nhiều, nên nó được làm lớn. Do các chức năng cụ thể của bộ phát và bộ thu, chúngnot interchangeable. Do đó, các thiết bị đầu cuối luôn được ghi nhớ khi sử dụng bóng bán dẫn.

Trong một bóng bán dẫn thực tế, có một vết khía gần dây dẫn phát để xác định. Các bóng bán dẫn PNP và NPN có thể được phân biệt bằng cách sử dụng Đồng hồ vạn năng. Hình ảnh sau đây cho thấy các bóng bán dẫn thực tế khác nhau như thế nào.

Cho đến nay chúng ta đã thảo luận về các chi tiết cấu tạo của bóng bán dẫn, nhưng để hiểu hoạt động của bóng bán dẫn, trước tiên chúng ta cần biết về xu hướng.

Xu hướng bóng bán dẫn

Như chúng ta biết rằng bóng bán dẫn là sự kết hợp của hai điốt, chúng ta có hai điểm nối ở đây. Vì một điểm nối giữa bộ phát và đế, nên được gọi làEmitter-Base junction và tương tự, cái kia là Collector-Base junction.

Biasinglà điều khiển hoạt động của mạch bằng cách cung cấp nguồn điện. Chức năng của cả hai điểm nối PN được điều khiển bằng cách cung cấp phân cực cho mạch thông qua một số nguồn điện một chiều. Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn được phân cực như thế nào.

Nhìn vào hình trên, có thể hiểu rằng

• Vật liệu loại N được cung cấp nguồn âm và vật liệu loại P được cung cấp nguồn dương để làm mạch Forward bias.

• Vật liệu loại N được cung cấp nguồn dương và vật liệu loại P được cung cấp nguồn âm để tạo mạch Reverse bias.

Bằng cách áp dụng sức mạnh, emitter base junction luôn luôn forward biasedvì điện trở của máy phát rất nhỏ. Cáccollector base junction Là reverse biasedvà sức đề kháng của nó cao hơn một chút. Một phân cực thuận nhỏ là đủ ở đường giao nhau của bộ phát trong khi phân cực ngược cao phải được áp dụng ở đường giao nhau của bộ thu.

Chiều của dòng điện được chỉ ra trong các mạch ở trên, còn được gọi là Conventional Current, là chuyển động của dòng điện lỗ trống là opposite to the electron current.

Hoạt động của Transistor PNP

Hoạt động của bóng bán dẫn PNP có thể được giải thích bằng cách nhìn vào hình sau, trong đó mối nối cơ sở phát được phân cực thuận và mối nối cơ sở thu được phân cực ngược.

Điện áp V_EEcung cấp một điện thế dương tại bộ phát, đẩy lùi các lỗ trên vật liệu loại P và các lỗ này băng qua đường giao nhau của bộ phát-đế, để đến vùng cơ sở. Có một tỷ lệ rất thấp các lỗ trống tái kết hợp với các điện tử tự do của vùng N. Điều này cung cấp dòng điện rất thấp tạo thành dòng điện cơ bảnI_B. Các lỗ còn lại băng qua đường giao nhau của bộ thu-đế, để tạo thành dòng điện cực thuI_C, là dòng điện lỗ.

Khi một lỗ trống đi đến cực thu, một điện tử từ cực âm của pin sẽ lấp đầy không gian trong bộ thu. Dòng này tăng từ từ và dòng điện thiểu số điện tử chạy qua bộ phát, nơi mỗi điện tử đi vào cực dương củaV_EE, được thay thế bằng một lỗ bằng cách di chuyển về phía đường giao nhau của bộ phát. Điều này tạo thành hiện tại phátI_E.

Do đó chúng ta có thể hiểu rằng -

• Sự dẫn điện trong bóng bán dẫn PNP diễn ra qua các lỗ.

• Dòng thu nhỏ hơn một chút so với dòng phát.

• Việc tăng hoặc giảm dòng phát ảnh hưởng đến dòng thu.

Hoạt động của Transistor NPN

Hoạt động của bóng bán dẫn NPN có thể được giải thích bằng cách quan sát hình sau, trong đó mối nối cơ sở phát được phân cực thuận và mối nối cơ sở thu được phân cực ngược.

Điện áp V_EEcung cấp một điện thế âm tại bộ phát đẩy các điện tử trong vật liệu loại N và các điện tử này vượt qua đường giao nhau của chất phát-gốc, để đến vùng cơ sở. Ở đó, một tỷ lệ rất thấp các electron tái kết hợp với các lỗ trống tự do của vùng P. Điều này cung cấp dòng điện rất thấp tạo thành dòng điện cơ bảnI_B. Các lỗ còn lại băng qua đường giao nhau bộ thu-đế, để tạo thành dòng điện bộ gópI_C.

Khi một điện tử vươn ra khỏi cực thu và đi vào cực dương của pin, một điện tử từ cực âm của pin V_EEvào vùng phát. Dòng này tăng từ từ và dòng điện tử chạy qua bóng bán dẫn.

Do đó chúng ta có thể hiểu rằng -

• Sự dẫn điện trong bóng bán dẫn NPN diễn ra thông qua các điện tử.

• Dòng thu cao hơn dòng phát.

• Việc tăng hoặc giảm dòng phát ảnh hưởng đến dòng thu.

Ưu điểm của bóng bán dẫn

Có nhiều lợi ích khi sử dụng bóng bán dẫn, chẳng hạn như -

• Tăng điện áp cao.
• Điện áp cung cấp thấp hơn là đủ.
• Thích hợp nhất cho các ứng dụng công suất thấp.
• Nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn.
• Cơ học mạnh hơn ống chân không.
• Không cần gia nhiệt bên ngoài như ống chân không.
• Rất thích hợp để tích hợp với điện trở và điốt để sản xuất IC.

Có một số nhược điểm như chúng không thể được sử dụng cho các ứng dụng công suất cao do tiêu hao công suất thấp hơn. Chúng có trở kháng đầu vào thấp hơn và chúng phụ thuộc vào nhiệt độ.

Bất kỳ bóng bán dẫn nào cũng có ba thiết bị đầu cuối, emitter, các base, và collector. Sử dụng 3 đầu cuối này, bóng bán dẫn có thể được kết nối trong một mạch với một đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra theo ba cấu hình có thể khác nhau.

Ba loại cấu hình là Common Base, Common Emitter và Common Collectorcấu hình. Trong mọi cấu hình, điểm nối bộ phát được phân cực thuận và điểm nối bộ thu được phân cực ngược.

Cấu hình cơ sở chung (CB)

Bản thân cái tên ngụ ý rằng Baseđầu cuối được coi là thiết bị đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn. Kết nối cơ sở chung cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP như thể hiện trong hình sau.

Để dễ hiểu, chúng ta hãy xem xét bóng bán dẫn NPN trong cấu hình CB. Khi điện áp phát được đặt vào, vì nó được phân cực thuận, các điện tử từ cực âm đẩy các điện tử phát ra và dòng điện chạy qua thiết bị phát và đế tới bộ thu để góp phần tạo ra dòng điện thu. Điện áp thu V _CB được giữ không đổi trong suốt thời gian này.

Trong cấu hình CB, dòng đầu vào là dòng phát I_E và dòng ra là dòng thu I_C.

Hệ số khuếch đại dòng điện (α)

Tỷ số giữa sự thay đổi của dòng điện cực góp (ΔI _C ) và sự thay đổi của dòng điện phát (ΔI _E ) khi điện áp bộ thu V _CB được giữ không đổi, được gọi làCurrent amplification factor. Nó được ký hiệu làα.

$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$ở V _CB không đổi

Biểu thức cho hiện tại Bộ sưu tập

Với ý tưởng trên, chúng ta hãy thử rút ra một số biểu thức cho dòng điện góp.

Cùng với dòng điện phát chạy, có một số lượng dòng điện cơ bản I_Bdòng chảy qua cực cơ sở do sự tái kết hợp lỗ điện tử. Khi mối nối đế thu được phân cực ngược, có một dòng điện khác chạy do các hạt tải điện thiểu số. Đây là dòng điện rò rỉ có thể hiểu làI_leakage. Điều này là do các tàu sân bay phí thiểu số và do đó rất nhỏ.

Dòng phát tới cực thu là

$$\alpha I_E$$

Tổng bộ sưu tập hiện tại

$$I_C = \alpha I_E + I_{leakage}$$

Nếu điện áp gốc của bộ phát V _EB = 0, ngay cả khi đó, vẫn có dòng rò nhỏ, có thể được gọi là I _CBO (dòng điện gốc cực thu với đầu ra mở).

Do đó, dòng điện thu có thể được biểu thị bằng

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$I_E = I_C + I_B$$

$$I_C = \alpha (I_C + I_B) + I_{CBO}$$

$$I_C (1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$

$$I_C = \left ( \frac{\alpha}{1 - \alpha} \right )I_B + \left ( \frac{1}{1 - \alpha} \right )I_{CBO}$$

Do đó suy ra ở trên là biểu thức cho dòng điện thu. Giá trị của dòng điện thu phụ thuộc vào dòng điện cơ bản và dòng điện rò cùng với hệ số khuếch đại dòng điện của bóng bán dẫn đang sử dụng.

Đặc điểm của cấu hình CB

• Cấu hình này cung cấp độ lợi điện áp nhưng không có độ lợi dòng điện.

• Là V _CB không đổi, với sự tăng nhỏ của điện áp gốc _{máy phát} V _EB , dòng điện máy phát I _E sẽ tăng lên.

• Dòng _{điện phát} I _E độc lập với điện áp thu V _CB .

• Điện áp bộ thu V _{CB chỉ} có thể ảnh hưởng đến dòng điện cực thu I _C ở điện áp thấp, khi V _EB được giữ không đổi.

• Điện trở đầu vào R_ilà tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cơ sở phát (ΔV _EB ) với sự thay đổi của dòng điện phát (ΔI _E ) ở điện áp cơ sở thu không đổi V _CB .

$R_i = \frac{\Delta V_{EB}}{\Delta I_E}$ở V _CB không đổi

• Khi kháng đầu vào có giá trị rất thấp, giá trị nhỏ của V _EB là đủ để tạo ra một dòng chảy lớn hiện nay của phát hiện tôi _E .

• Điện trở đầu ra R_olà tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cơ sở bộ góp (ΔV _CB ) với sự thay đổi của dòng điện bộ góp (ΔI _C ) ở dòng điện phát không đổi IE.

$R_o = \frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_C}$I _E không đổi

• Khi kháng đầu ra có giá trị rất cao, một sự thay đổi lớn trong V _CB tạo ra một sự thay đổi rất ít trong sưu tập hiện tại tôi _C .

• Cấu hình này cung cấp độ ổn định tốt khi nhiệt độ tăng lên.

• Cấu hình CB được sử dụng cho các ứng dụng tần số cao.

Cấu hình Bộ phát chung (CE)

Bản thân cái tên ngụ ý rằng Emitterđầu cuối được coi là thiết bị đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn. Kết nối bộ phát chung cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP như thể hiện trong hình sau.

Cũng giống như trong cấu hình CB, điểm nối bộ phát được phân cực thuận và điểm nối bộ thu được phân cực ngược. Dòng electron được điều khiển theo cách tương tự. Dòng điện đầu vào là dòng điện cơ bảnI_B và dòng ra là dòng thu I_C đây.

Hệ số khuếch đại dòng điện cơ bản (β)

Tỷ lệ giữa sự thay đổi của dòng điện góp (ΔI _C ) và sự thay đổi của dòng điện cơ bản (ΔI _B ) được gọi làBase Current Amplification Factor. Nó được ký hiệu là β.

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$

Mối quan hệ giữa β và α

Chúng ta hãy thử suy ra mối quan hệ giữa hệ số khuếch đại dòng cơ bản và hệ số khuếch đại dòng phát.

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$

$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$

$$I_E = I_B + I_C$$

$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$

$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$

Chúng tôi có thể viết

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$

Chia cho ΔI _E

$$\beta = \frac{\Delta I_C/\Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$

Chúng ta có

$$\alpha = \Delta I_C / \Delta I_E$$

Vì thế,

$$\beta = \frac{\alpha}{1 - \alpha}$$

Từ phương trình trên, rõ ràng rằng, khi α tiến gần đến 1, β tiến tới vô cùng.

Vì thế, the current gain in Common Emitter connection is very high. Đây là lý do kết nối mạch này hầu hết được sử dụng trong tất cả các ứng dụng bóng bán dẫn.

Biểu thức cho bộ sưu tập hiện tại

Trong cấu hình Bộ phát chung, I _B là dòng điện đầu vào và I _C là dòng điện đầu ra.

Chúng tôi biết

$$I_E = I_B + I_C$$

Và

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$= \alpha(I_B + I_C) + I_{CBO}$$

$$I_C(1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$

Nếu mạch cơ sở mở, tức là nếu I _B = 0,

Bộ thu phát hiện tại với cơ sở mở là tôi _{Giám đốc điều hành}

$$I_{CEO} = \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$

Thay giá trị của giá trị này trong phương trình trước, chúng ta nhận được

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + I_{CEO}$$

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

Do đó phương trình cho dòng điện thu được.

Điện áp đầu gối

Trong cấu hình CE, bằng cách giữ cho dòng cơ bản I _B không đổi, nếu V _CE thay đổi, I _C tăng gần 1v của V _CE và không đổi sau đó. Giá trị này của V _CE mà dòng thu I _C thay đổi theo V _CE được gọi làKnee Voltage. Các bóng bán dẫn trong khi hoạt động ở cấu hình CE, chúng được hoạt động trên điện áp đầu gối này.

Đặc điểm của cấu hình CE

• Cấu hình này cung cấp độ lợi dòng điện và độ lợi điện áp tốt.

• Giữ V _CE không đổi, với mức tăng nhỏ V _BE thì dòng cơ bản I _B tăng nhanh hơn so với cấu hình CB.

• Đối với bất kỳ giá trị của V _CE trên điện áp đầu gối, tôi _C là xấp xỉ bằng βI _B .

• Điện trở đầu vào R_ilà tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cực phát cơ bản (ΔV _BE ) với sự thay đổi của dòng điện cơ bản (ΔI _B ) ở điện áp cực phát không đổi V _CE .

$R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$V _CE không đổi

• As the input resistance is of very low value, a small value of V_BE is enough to produce a large current flow of base current I_B.

• The output resistance R_o is the ratio of change in collector emitter voltage (ΔV_CE) to the change in collector current (ΔI_C) at constant I_B.

$R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$ at constant I_B

• As the output resistance of CE circuit is less than that of CB circuit.

• This configuration is usually used for bias stabilization methods and audio frequency applications.

Common Collector (CC) Configuration

The name itself implies that the Collector terminal is taken as common terminal for both input and output of the transistor. The common collector connection for both NPN and PNP transistors is as shown in the following figure.

Just as in CB and CE configurations, the emitter junction is forward biased and the collector junction is reverse biased. The flow of electrons is controlled in the same manner. The input current is the base current I_B and the output current is the emitter current I_E here.

Current Amplification Factor (γ)

The ratio of change in emitter current (ΔI_E) to the change in base current (ΔI_B) is known as Current Amplification factor in common collector (CC) configuration. It is denoted by γ.

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$

• The current gain in CC configuration is same as in CE configuration.
• The voltage gain in CC configuration is always less than 1.

Relation between γ and α

Let us try to draw some relation between γ and α

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$

$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$

$$I_E = I_B + I_C$$

$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$

$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$

Substituting the value of I_B, we get

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$

Dividing by ΔI_E

$$\gamma = \frac{\Delta I_E / \Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$

$$= \frac{1}{1 - \alpha}$$

$$\gamma = \frac{1}{1 - \alpha}$$

Expression for collector current

We know

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$I_E = I_B + I_C = I_B + (\alpha I_E + I_{CBO})$$

$$I_E(1 - \alpha) = I_B + I_{CBO}$$

$$I_E = \frac{I_B}{1 - \alpha} + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$

$$I_C \cong I_E = (\beta + 1)I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

The above is the expression for collector current.

Characteristics of CC Configuration

• This configuration provides current gain but no voltage gain.

• In CC configuration, the input resistance is high and the output resistance is low.

• The voltage gain provided by this circuit is less than 1.

• The sum of collector current and base current equals emitter current.

• The input and output signals are in phase.

• This configuration works as non-inverting amplifier output.

• This circuit is mostly used for impedance matching. That means, to drive a low impedance load from a high impedance source.

The DC supply is provided for the operation of a transistor. This DC supply is given to the two PN junctions of a transistor which influences the actions of majority carriers in these emitter and collector junctions.

The junctions are forward biased and reverse biased based on our requirement. Forward biased is the condition where a positive voltage is applied to the p-type and negative voltage is applied to the n-type material. Reverse biased is the condition where a positive voltage is applied to the n-type and negative voltage is applied to the p-type material.

Transistor Biasing

The supply of suitable external dc voltage is called as biasing. Either forward or reverse biasing is done to the emitter and collector junctions of the transistor.

These biasing methods make the transistor circuit to work in four kinds of regions such as Active region, Saturation region, Cutoff region and Inverse active region (seldom used). This is understood by having a look at the following table.

Emitter Junction	Collector Junction	Region of Operation
Forward biased	Forward biased	Saturation region
Forward biased	Reverse biased	Active region
Reverse biased	Forward biased	Inverse active region
Reverse biased	Reverse biased	Cut off region

Among these regions, Inverse active region, which is just the inverse of active region, is not suitable for any applications and hence not used.

Active Region

This is the region in which transistors have many applications. This is also called as linear region. A transistor while in this region, acts better as an Amplifier.

The following circuit diagram shows a transistor working in active region.

This region lies between saturation and cutoff. The transistor operates in active region when the emitter junction is forward biased and collector junction is reverse biased.

In the active state, collector current is β times the base current, i.e.

$$I_C = \beta I_B$$

Where I_C = collector current, β = current amplification factor, and I_B = base current.

Saturation Region

This is the region in which transistor tends to behave as a closed switch. The transistor has the effect of its collector and emitter being shorted. The collector and emitter currents are maximum in this mode of operation.

The following figure shows a transistor working in saturation region.

The transistor operates in saturation region when both the emitter and collector junctions are forward biased.

In saturation mode,

$$\beta < \frac{I_C}{I_B}$$

As in the saturation region the transistor tends to behave as a closed switch,

$$I_C = I_E$$

Where I_C = collector current and I_E = emitter current.

Cutoff Region

This is the region in which transistor tends to behave as an open switch. The transistor has the effect of its collector and base being opened. The collector, emitter and base currents are all zero in this mode of operation.

The figure below shows a transistor working in cutoff region.

The transistor operates in cutoff region when both the emitter and collector junctions are reverse biased.

As in cutoff region, the collector current, emitter current and base currents are nil, we can write as

$$I_C = I_E = I_B = 0$$

Where I_C = collector current, I_E = emitter current, and I_B = base current.

Till now we have discussed different regions of operation for a transistor. But among all these regions, we have found that the transistor operates well in active region and hence it is also called as linear region. The outputs of the transistor are the collector current and collector voltages.

Output Characteristics

When the output characteristics of a transistor are considered, the curve looks as below for different input values.

In the above figure, the output characteristics are drawn between collector current I_C and collector voltage V_CE for different values of base current I_B. These are considered here for different input values to obtain different output curves.

Load Line

When a value for the maximum possible collector current is considered, that point will be present on the Y-axis, which is nothing but the Saturation point. As well, when a value for the maximum possible collector emitter voltage is considered, that point will be present on the X-axis, which is the Cutoff point.

When a line is drawn joining these two points, such a line can be called as Load line. This is called so as it symbolizes the output at the load. This line, when drawn over the output characteristic curve, makes contact at a point called as Operating point or quiescent point or simply Q-point.

The concept of load line can be understood from the following graph.

The load line is drawn by joining the saturation and cut off points. The region that lies between these two is the linear region. A transistor acts as a good amplifier in this linear region.

If this load line is drawn only when DC biasing is given to the transistor, but no input signal is applied, then such a load line is called as DC load line. Whereas the load line drawn under the conditions when an input signal along with the DC voltages are applied, such a line is called as an AC load line.

DC Load Line

When the transistor is given the bias and no signal is applied at its input, the load line drawn under such conditions, can be understood as DC condition. Here there will be no amplification as the signal is absent. The circuit will be as shown below.

The value of collector emitter voltage at any given time will be

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

As V_CC and R_C are fixed values, the above one is a first degree equation and hence will be a straight line on the output characteristics. This line is called as D.C. Load line. The figure below shows the DC load line.

To obtain the load line, the two end points of the straight line are to be determined. Let those two points be A and B.

To obtain A

When collector emitter voltage V_CE = 0, the collector current is maximum and is equal to V_CC/R_C. This gives the maximum value of V_CE. This is shown as

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$0 = V_{CC} - I_C R_C$$

$$I_C = V_{CC}/R_C$$

This gives the point A (OA = V_CC/R_C) on collector current axis, shown in the above figure.

To obtain B

When the collector current I_C = 0, then collector emitter voltage is maximum and will be equal to the V_CC. This gives the maximum value of I_C. This is shown as

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$= V_{CC}$$

(AS I_C = 0)

This gives the point B, which means (OB = V_CC) on the collector emitter voltage axis shown in the above figure.

Hence we got both the saturation and cutoff point determined and learnt that the load line is a straight line. So, a DC load line can be drawn.

AC Load Line

The DC load line discussed previously, analyzes the variation of collector currents and voltages, when no AC voltage is applied. Whereas the AC load line gives the peak-to-peak voltage, or the maximum possible output swing for a given amplifier.

We shall consider an AC equivalent circuit of a CE amplifier for our understanding.

From the above figure,

$$V_{CE} = (R_C // R_1) \times I_C$$

$$r_C = R_C // R_1$$

For a transistor to operate as an amplifier, it should stay in active region. The quiescent point is so chosen in such a way that the maximum input signal excursion is symmetrical on both negative and positive half cycles.

Hence,

$V_{max} = V_{CEQ}$ and $V_{min} = -V_{CEQ}$

Where V_CEQ is the emitter-collector voltage at quiescent point

The following graph represents the AC load line which is drawn between saturation and cut off points.

From the graph above, the current IC at the saturation point is

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + (V_{CEQ}/r_C)$$

The voltage V_CE at the cutoff point is

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ}r_C$$

Hence the maximum current for that corresponding V_CEQ = V_CEQ / (R_C // R₁) is

$$I_{CQ} = I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

Hence by adding quiescent currents the end points of AC load line are

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + V_{CEQ}/ (R_C // R_1)$$

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

AC and DC Load Line

When AC and DC Load lines are represented in a graph, it can be understood that they are not identical. Both of these lines intersect at the Q-point or quiescent point. The endpoints of AC load line are saturation and cut off points. This is understood from the figure below.

From the above figure, it is understood that the quiescent point (the dark dot) is obtained when the value of base current IB is 10mA. This is the point where both the AC and DC load lines intersect.

In the next chapter, we will discuss the concept of quiescent point or the operating point in detail.

When a line is drawn joining the saturation and cut off points, such a line can be called as Load line. This line, when drawn over the output characteristic curve, makes contact at a point called as Operating point.

This operating point is also called as quiescent point or simply Q-point. There can be many such intersecting points, but the Q-point is selected in such a way that irrespective of AC signal swing, the transistor remains in the active region.

The following graph shows how to represent the operating point.

The operating point should not get disturbed as it should remain stable to achieve faithful amplification. Hence the quiescent point or Q-point is the value where the Faithful Amplification is achieved.

Faithful Amplification

The process of increasing the signal strength is called as Amplification. This amplification when done without any loss in the components of the signal, is called as Faithful amplification.

Faithful amplification is the process of obtaining complete portions of input signal by increasing the signal strength. This is done when AC signal is applied at its input.

In the above graph, the input signal applied is completely amplified and reproduced without any losses. This can be understood as Faithful Amplification.

The operating point is so chosen such that it lies in the active region and it helps in the reproduction of complete signal without any loss.

If the operating point is considered near saturation point, then the amplification will be as under.

If the operation point is considered near cut off point, then the amplification will be as under.

Hence the placement of operating point is an important factor to achieve faithful amplification. But for the transistor to function properly as an amplifier, its input circuit (i.e., the base-emitter junction) remains forward biased and its output circuit (i.e., collector-base junction) remains reverse biased.

The amplified signal thus contains the same information as in the input signal whereas the strength of the signal is increased.

Key factors for Faithful Amplification

To ensure faithful amplification, the following basic conditions must be satisfied.

• Proper zero signal collector current
• Minimum proper base-emitter voltage (V_BE) at any instant.
• Minimum proper collector-emitter voltage (V_CE) at any instant.

The fulfillment of these conditions ensures that the transistor works over the active region having input forward biased and output reverse biased.

Proper Zero Signal Collector Current

In order to understand this, let us consider a NPN transistor circuit as shown in the figure below. The base-emitter junction is forward biased and the collector-emitter junction is reverse biased. When a signal is applied at the input, the base-emitter junction of the NPN transistor gets forward biased for positive half cycle of the input and hence it appears at the output.

For negative half cycle, the same junction gets reverse biased and hence the circuit doesn’t conduct. This leads to unfaithful amplification as shown in the figure below.

Let us now introduce a battery V_BB in the base circuit. The magnitude of this voltage should be such that the base-emitter junction of the transistor should remain in forward biased, even for negative half cycle of input signal. When no input signal is applied, a DC current flows in the circuit, due to V_BB. This is known as zero signal collector current I_C.

During the positive half cycle of the input, the base-emitter junction is more forward biased and hence the collector current increases. During the negative half cycle of the input, the input junction is less forward biased and hence the collector current decreases. Hence both the cycles of the input appear in the output and hence faithful amplification results, as shown in the below figure.

Hence for faithful amplification, proper zero signal collector current must flow. The value of zero signal collector current should be at least equal to the maximum collector current due to the signal alone.

Proper Minimum V_BE at any instant

The minimum base to emitter voltage V_BE should be greater than the cut-in voltage for the junction to be forward biased. The minimum voltage needed for a silicon transistor to conduct is 0.7v and for a germanium transistor to conduct is 0.5v. If the base-emitter voltage V_BE is greater than this voltage, the potential barrier is overcome and hence the base current and collector currents increase sharply.

Hence if V_BE falls low for any part of the input signal, that part will be amplified to a lesser extent due to the resultant small collector current, which results in unfaithful amplification.

Proper Minimum V_CE at any instant

To achieve a faithful amplification, the collector emitter voltage V_CE should not fall below the cut-in voltage, which is called as Knee Voltage. If V_CE is lesser than the knee voltage, the collector base junction will not be properly reverse biased. Then the collector cannot attract the electrons which are emitted by the emitter and they will flow towards base which increases the base current. Thus the value of β falls.

Therefore, if V_CE falls low for any part of the input signal, that part will be multiplied to a lesser extent, resulting in unfaithful amplification. So if V_CE is greater than V_KNEE the collector-base junction is properly reverse biased and the value of β remains constant, resulting in faithful amplification.

For a transistor to act as an amplifier, it should be properly biased. We will discuss the need for proper biasing in the next chapter. Here, let us focus how a transistor works as an amplifier.

Transistor Amplifier

A transistor acts as an amplifier by raising the strength of a weak signal. The DC bias voltage applied to the emitter base junction, makes it remain in forward biased condition. This forward bias is maintained regardless of the polarity of the signal. The below figure shows how a transistor looks like when connected as an amplifier.

The low resistance in input circuit, lets any small change in input signal to result in an appreciable change in the output. The emitter current caused by the input signal contributes the collector current, which when flows through the load resistor R_L, results in a large voltage drop across it. Thus a small input voltage results in a large output voltage, which shows that the transistor works as an amplifier.

Example

Let there be a change of 0.1v in the input voltage being applied, which further produces a change of 1mA in the emitter current. This emitter current will obviously produce a change in collector current, which would also be 1mA.

A load resistance of 5kΩ placed in the collector would produce a voltage of

5 kΩ × 1 mA = 5V

Hence it is observed that a change of 0.1v in the input gives a change of 5v in the output, which means the voltage level of the signal is amplified.

Performance of Amplifier

As the common emitter mode of connection is mostly adopted, let us first understand a few important terms with reference to this mode of connection.

Input Resistance

As the input circuit is forward biased, the input resistance will be low. The input resistance is the opposition offered by the base-emitter junction to the signal flow.

By definition, it is the ratio of small change in base-emitter voltage (ΔV_BE) to the resulting change in base current (ΔI_B) at constant collector-emitter voltage.

Input resistance, $R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$

Where R_i = input resistance, V_BE = base-emitter voltage, and I_B = base current.

Output Resistance

The output resistance of a transistor amplifier is very high. The collector current changes very slightly with the change in collector-emitter voltage.

Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cực thu-phát (ΔV _CE ) với sự thay đổi dẫn đến dòng điện thu (ΔI _C ) ở dòng điện cơ bản không đổi.

Điện trở đầu ra = $R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$

Trong đó R _o = Điện trở đầu ra, V _CE = Điện áp bộ thu - phát và I _C = Điện áp bộ thu - phát.

Tải bộ thu hiệu quả

Tải được kết nối tại cực thu của bóng bán dẫn và đối với bộ khuếch đại một tầng, điện áp đầu ra được lấy từ cực thu của bóng bán dẫn và đối với bộ khuếch đại nhiều tầng, điện áp đầu ra được lấy từ bộ phân tầng của mạch bóng bán dẫn.

Theo định nghĩa, nó là tổng tải được thấy bởi dòng điện cực thu. Trong trường hợp bộ khuếch đại một tầng, tải thu hiệu dụng là sự kết hợp song song của R _C và R _o .

Tải bộ thu hiệu quả, $R_{AC} = R_C // R_o$

$$= \frac{R_C \times R_o}{R_C + R_o} = R_{AC}$$

Do đó đối với một bộ khuếch đại giai đoạn duy nhất, tải có hiệu quả tương đương với tải thu R _C .

Trong bộ khuếch đại nhiều tầng (tức là có nhiều hơn một tầng khuếch đại), điện trở đầu vào R _i của tầng tiếp theo cũng xuất hiện.

Tải thu hiệu dụng trở thành tổ hợp song song của R _C , R _o và R _i tức là

Tải bộ thu hiệu quả, $R_{AC} = R_C // R_o // R_i$

$$R_C // R_i = \frac{R_C R_i}{R_C + R_i}$$

Do điện trở đầu vào R _i khá nhỏ, do đó tải hiệu dụng bị giảm.

Lợi ích hiện tại

Mức tăng về dòng điện khi quan sát thấy những thay đổi trong dòng điện đầu vào và đầu ra, được gọi là Current gain. Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa sự thay đổi của dòng điện góp (ΔI _C ) với sự thay đổi của dòng điện cơ bản (ΔI _B ).

Lợi ích hiện tại, $\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

Giá trị của β nằm trong khoảng từ 20 đến 500. Độ lợi dòng điện chỉ ra rằng dòng điện đầu vào trở thành gấp β lần dòng điện thu.

Tăng điện áp

Độ lợi về mặt điện áp khi quan sát thấy những thay đổi trong dòng điện đầu vào và đầu ra, được gọi là Voltage gain. Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa sự thay đổi điện áp đầu ra (ΔV _CE ) với sự thay đổi điện áp đầu vào (ΔV _BE ).

Tăng điện áp, $A_V = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta V_{BE}}$

$$= \frac{Change \: in\: output \: current \times effective\: load}{Change \: in\: input \: current \times input \: resistance}$$

$$= \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i} = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \times \frac{R_{AC}}{R_i} = \beta \times \frac{R_{AC}}{R_i}$$

Đối với một giai đoạn duy nhất, R _AC = R _C .

Tuy nhiên, đối với Đa tầng,

$$R_{AC} = \frac{R_C \times R_i}{R_C + R_i}$$

Trong đó R _i là điện trở đầu vào của giai đoạn tiếp theo.

Tăng sức mạnh

Độ lợi về mặt công suất khi quan sát thấy những thay đổi trong dòng điện đầu vào và đầu ra, được gọi là Power gain.

Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa công suất tín hiệu đầu ra với công suất tín hiệu đầu vào.

Tăng sức mạnh, $A_P = \frac{(\Delta I_C)^2 \times R_{AC}}{(\Delta I_B)^2 \times R_i}$

$$= \left ( \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \right ) \times \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i}$$

= Mức tăng hiện tại × Mức tăng điện áp

Do đó đây là tất cả các thuật ngữ quan trọng đề cập đến hiệu suất của bộ khuếch đại.

Phân cực là quá trình cung cấp điện áp một chiều giúp hoạt động của mạch. Một bóng bán dẫn được dựa trên để làm cho mối nối cơ sở phát được phân cực thuận và mối nối cơ sở thu được phân cực ngược, để nó duy trì trong vùng hoạt động, để hoạt động như một bộ khuếch đại.

Trong chương trước, chúng ta đã giải thích cách một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại tốt, nếu cả hai phần đầu vào và đầu ra đều bị sai lệch.

Xu hướng bóng bán dẫn

Dòng thích hợp của dòng bộ thu tín hiệu bằng không và việc duy trì điện áp bộ thu thích hợp trong quá trình truyền tín hiệu được gọi là Transistor Biasing. Mạch cung cấp xu hướng bóng bán dẫn được gọi làBiasing Circuit.

Cần cho xu hướng DC

Nếu một tín hiệu có điện áp rất nhỏ được đưa vào đầu vào của BJT, nó không thể được khuếch đại. Bởi vì, đối với một BJT, để khuếch đại một tín hiệu, hai điều kiện phải được đáp ứng.

• Điện áp đầu vào phải vượt quá cut-in voltage để bóng bán dẫn trở thành ON.

• BJT phải nằm trong active region, được vận hành như một amplifier.

Nếu điện áp và dòng điện DC thích hợp được cung cấp qua BJT bởi các nguồn bên ngoài, để BJT hoạt động trong vùng tích cực và chồng các tín hiệu AC được khuếch đại, thì vấn đề này có thể tránh được. Điện áp và dòng điện một chiều đã cho được chọn sao cho bóng bán dẫn vẫn ở trong vùng hoạt động trong toàn bộ chu kỳ xoay chiều đầu vào. Do đó xu hướng DC là cần thiết.

Hình dưới đây cho thấy một bộ khuếch đại bóng bán dẫn được cung cấp xu hướng DC trên cả hai mạch đầu vào và đầu ra.

Để một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại trung thực, điểm hoạt động phải được ổn định. Hãy cùng chúng tôi xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của điểm hoạt động.

Các yếu tố ảnh hưởng đến điểm hoạt động

Yếu tố chính ảnh hưởng đến điểm hoạt động là nhiệt độ. Điểm vận hành thay đổi do nhiệt độ thay đổi.

Khi nhiệt độ tăng, các giá trị I _CE , β, V _BE bị ảnh hưởng.

• I _CBO được nhân đôi (cứ mỗi 10 ^o tăng)
• V _BE giảm 2,5mv (cứ tăng 1 ^o )

Vì vậy, vấn đề chính ảnh hưởng đến điểm hoạt động là nhiệt độ. Do đó, điểm hoạt động nên được thiết kế độc lập với nhiệt độ để đạt được sự ổn định. Để đạt được điều này, các mạch phân cực được giới thiệu.

Ổn định

Quá trình làm cho điểm hoạt động không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ hoặc sự thay đổi trong các thông số bóng bán dẫn được gọi Stabilization.

Khi đạt được sự ổn định, các giá trị của I _C và V _CE trở nên độc lập với sự thay đổi nhiệt độ hoặc sự thay thế của bóng bán dẫn. Một mạch xu hướng tốt giúp ổn định điểm hoạt động.

Cần ổn định

Việc ổn định điểm vận hành phải đạt được do những lý do sau.

• Sự phụ thuộc nhiệt độ của I _C
• Các biến thể riêng lẻ
• Chạy trốn nhiệt

Hãy để chúng tôi hiểu những khái niệm này một cách chi tiết.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của I _C

Như biểu thức cho dòng điện cực thu I _C là

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1) I_{CBO}$$

Dòng điện rò của bộ góp I _CBO bị ảnh hưởng rất nhiều bởi sự thay đổi nhiệt độ. Để giải quyết vấn đề này, các điều kiện phân cực được thiết lập để dòng thu tín hiệu bằng không I _C = 1 mA. Do đó, điểm hoạt động cần được ổn định tức là cần giữ I _C không đổi.

Các biến thể riêng lẻ

Vì giá trị của β và giá trị của V _BE không giống nhau đối với mọi bóng bán dẫn, bất cứ khi nào bóng bán dẫn được thay thế, điểm hoạt động có xu hướng thay đổi. Do đó cần phải ổn định điểm vận hành.

Thermal Runaway

Như biểu thức cho dòng điện cực thu I _C là

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

Dòng điện của bộ góp và dòng rò của bộ thu gây ra tản nhiệt. Nếu điểm hoạt động không được ổn định, sẽ xảy ra hiệu ứng tích lũy làm tăng khả năng tản nhiệt này.

Sự tự hủy của một bóng bán dẫn không ổn định như vậy được gọi là Thermal run away.

Để tránh thermal runawayvà sự phá hủy của bóng bán dẫn, cần phải ổn định điểm hoạt động, tức là, giữ cho I _C không đổi.

Hệ số ổn định

Điều này được hiểu rằng I _C nên được giữ không đổi bất chấp các biến thể của I _CBO hoặc I _CO . Mức độ mà một mạch xu hướng thành công trong việc duy trì điều này được đo bằngStability factor. Nó được ký hiệu bởiS.

Theo định nghĩa, tốc độ thay đổi của dòng điện cực góp I _C đối với dòng điện rò qua ống góp I _CO tại β và I _{B không đổi} được gọi làStability factor.

$S = \frac{d I_C}{d I_{CO}}$I _B và β không đổi

Do đó chúng ta có thể hiểu rằng bất kỳ sự thay đổi nào trong dòng điện rò của bộ góp đều làm thay đổi dòng điện của bộ góp ở một mức độ lớn. Hệ số ổn định phải càng thấp càng tốt để dòng điện thu không bị ảnh hưởng. S = 1 là giá trị lý tưởng.

Biểu thức chung của hệ số ổn định đối với cấu hình CE có thể nhận được như dưới đây.

$$I_C = \beta I_B + (\beta + 1)I_{CO}$$

Phân biệt biểu thức trên đối với I _C , chúng ta nhận được

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + (\beta + 1)\frac{d I_{CO}}{dI_C}$$

Hoặc là

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + \frac{(\beta + 1)}{S}$$

Từ $\frac{d I_{CO}}{d I_C} = \frac{1}{S}$

Hoặc là

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left (\frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

Do đó yếu tố ổn định S phụ thuộc vào β, tôi _B và tôi _C .

Việc phân cực trong mạch tranzito được thực hiện bằng cách sử dụng hai nguồn một chiều V _BB và V _CC . Sẽ tiết kiệm khi giảm thiểu nguồn DC thành một nguồn thay vì hai nguồn, điều này cũng làm cho mạch đơn giản.

Các phương pháp thường được sử dụng của xu hướng bóng bán dẫn là

• Phương pháp điện trở cơ bản
• Sự thiên vị của bộ sưu tập đến cơ sở
• Xu hướng với điện trở phản hồi Collector
• Độ lệch bộ chia điện áp

Tất cả các phương pháp này có cùng một nguyên tắc cơ bản là thu được giá trị yêu cầu của I _B và I _C từ V _CC trong điều kiện tín hiệu bằng không.

Phương pháp điện trở cơ bản

Trong phương pháp này, một điện trở R _{B có} điện trở cao được nối trong đế, như tên của nó. Các yêu cầu không tín hiệu cơ sở hiện tại được cung cấp bởi V _CC mà chảy qua R _B . Điểm giao nhau của bộ phát gốc được phân cực thuận, vì cơ sở là tích cực đối với bộ phát.

Giá trị yêu cầu của dòng điện cơ bản tín hiệu bằng không và do đó dòng điện thu (như I _C = βI _B ) có thể được thực hiện bằng cách chọn giá trị thích hợp của điện trở cơ bản RB. Do đó giá trị của R _B được biết. Hình dưới đây cho thấy một phương pháp điện trở cơ bản của mạch phân cực trông như thế nào.

Gọi I _C là dòng thu tín hiệu 0 cần thiết. Vì thế,

$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$

Xét mạch kín từ V _CC , đế, cực phát và đất, trong khi áp dụng định luật điện áp Kirchhoff, chúng ta nhận được,

$$V_{CC} = I_B R_B + V_{BE}$$

Hoặc là

$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE}$$

vì thế

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B}$$

Vì V _BE nói chung là khá nhỏ so với V _CC , nên cái trước có thể được bỏ qua với ít lỗi. Sau đó,

$$R_B = \frac{V_{CC}}{I_B}$$

Ta biết rằng V _CC là một đại lượng đã biết cố định và I _B được chọn ở một giá trị thích hợp nào đó. Vì R _B có thể được tìm thấy trực tiếp, phương pháp này được gọi làfixed bias method.

Hệ số ổn định

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left ( \frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

Trong phương pháp xu hướng phân biệt cố định, I _B độc lập với I _C để,

$$\frac{d I_B}{d I_C} = 0$$

Thay giá trị trên trong phương trình trước,

Hệ số ổn định, $S = \beta + 1$

Do đó, hệ số ổn định theo độ chệch cố định là (β + 1) có nghĩa là I _C thay đổi (β + 1) nhiều lần so với bất kỳ thay đổi nào trong I _CO .

Ưu điểm

• Mạch đơn giản.
• Chỉ có một điện trở R _E là bắt buộc.
• Điều kiện xu hướng được thiết lập dễ dàng.
• Không có hiệu ứng tải vì không có điện trở ở đường giao nhau gốc-phát.

Nhược điểm

• Độ ổn định kém vì không thể ngừng phát triển nhiệt.

• Hệ số ổn định rất cao. Vì vậy, có rất nhiều khả năng nhiệt biến mất.

Do đó, phương pháp này hiếm khi được sử dụng.

Bộ sưu tập để Bias cơ sở

Mạch phân cực bộ thu đến mạch phân cực cơ sở giống như mạch phân cực cơ sở ngoại trừ điện trở cơ bản R _B được trả về bộ thu, thay vì nguồn cung cấp V _CC như thể hiện trong hình bên dưới.

Mạch này giúp cải thiện độ ổn định đáng kể. Nếu giá trị của I _C tăng, điện áp trên R _L tăng và do đó V _CE cũng tăng. Điều này sẽ làm giảm các cơ sở hiện tôi _B . Hành động này phần nào bù lại mức tăng ban đầu.

Giá trị yêu cầu của R _B cần thiết để cung cấp cho bộ thu tín hiệu dòng I _{C bằng không} có thể được tính như sau.

Điện áp giảm trên R _L sẽ là

$$R_L = (I_C + I_B)R_L \cong I_C R_L$$

Từ hình vẽ,

$$I_C R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$

Hoặc là

$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L$$

vì thế

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{I_B}$$

Hoặc là

$$R_B = \frac{(V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L)\beta}{I_C}$$

Áp dụng KVL chúng tôi có

$$(I_B + I_C)R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$

Hoặc là

$$I_B(R_L + R_B) + I_C R_L + V_{BE} = V_{CC}$$

vì thế

$$I_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{R_L + R_B}$$

Vì V _BE gần như độc lập với dòng thu, chúng ta nhận được

$$\frac{d I_B}{d I_C} = - \frac{R_L}{R_L + R_B}$$

Chúng ta biết rằng

$$S = \frac{1 + \beta}{1 - \beta (d I_B / d I_C)}$$

vì thế

$$S = \frac{1 + \beta}{1 + \beta \left ( \frac{R_L}{R_L + R_B} \right )}$$

Giá trị này nhỏ hơn (1 + β) nhận được đối với mạch phân cực cố định. Do đó, có một sự cải thiện trong sự ổn định.

Mạch này cung cấp phản hồi âm làm giảm độ lợi của bộ khuếch đại. Vì vậy, sự ổn định tăng lên của bộ thu đối với mạch phân cực cơ sở đạt được với chi phí tăng điện áp xoay chiều.

Xu hướng với điện trở phản hồi Collector

Trong phương pháp này, điện trở cơ bản R _B có một đầu được kết nối với đế và đầu kia với bộ thu như tên gọi của nó. Trong mạch này, dòng cơ bản của tín hiệu không được xác định bởi V _CB nhưng không phải bởi V _CC .

Rõ ràng là V _CB về phía trước những thành kiến ngã ba base-emitter và do đó cơ sở hiện tại tôi _B chảy qua R _B . Điều này làm cho dòng thu tín hiệu bằng không chạy trong mạch. Hình dưới đây cho thấy xu hướng với mạch điện trở phản hồi góp.

Giá trị yêu cầu của R _B cần thiết để cung cấp cho dòng tín hiệu I _C bằng không có thể được xác định như sau.

$$V_{CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_{BE}$$

Hoặc là

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_C}{I_B}$$

$$= \frac{V_{CC} - V_{BE} - \beta I_B R_C}{I_B}$$

Từ $I_C = \beta I_B$

Ngoài ra,

$$V_{CE} = V_{BE} + V_{CB}$$

Hoặc là

$$V_{CB} = V_{CE} - V_{BE}$$

Từ

$$R_B = \frac{V_{CB}}{I_B} = \frac{V_{CE} - V_{BE}}{I_B}$$

Ở đâu

$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$

Về mặt toán học,

Hệ số ổn định, $S < (\beta + 1)$

Do đó, phương pháp này cung cấp độ ổn định nhiệt tốt hơn so với phương pháp phân cực cố định.

Các giá trị điểm Q cho mạch được hiển thị như

$$I_C = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R_B/ \beta + R_C}$$

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

Ưu điểm

• Mạch đơn giản vì nó chỉ cần một điện trở.
• Mạch này cung cấp một số ổn định, cho những thay đổi ít hơn.

Nhược điểm

• Mạch không cung cấp sự ổn định tốt.
• Mạch cung cấp phản hồi âm.

Phương pháp phân biệt điện áp

Trong số tất cả các phương pháp cung cấp xu hướng và ổn định, voltage divider bias methodlà cái nổi bật nhất. Ở đây, hai điện trở R ₁ và R ₂ được sử dụng, được kết nối với V _CC và cung cấp xu hướng. Điện trở R _E được sử dụng trong bộ phát cung cấp sự ổn định.

Tên bộ chia điện áp xuất phát từ bộ phân áp được tạo thành bởi R ₁ và R ₂ . Điện áp rơi trên R ₂ lệch về phía trước tiếp giáp cực phát. Điều này gây ra dòng điện cơ bản và do đó dòng điện bộ thu trong điều kiện tín hiệu bằng không. Hình dưới đây cho thấy mạch của phương pháp phân cực phân áp.

Giả sử cường độ dòng điện chạy qua điện trở R ₁ là I ₁ . Vì dòng cơ bản I _B rất nhỏ, do đó, có thể giả định với độ chính xác hợp lý rằng dòng điện chạy qua R ₂ cũng là I ₁ .

Bây giờ chúng ta hãy thử suy ra các biểu thức cho dòng điện cực góp và điện áp bộ góp.

Bộ sưu tập hiện tại, tôi _C

Từ mạch, rõ ràng là,

$$I_1 = \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}$$

Do đó, điện áp trên điện trở R ₂ là

$$V_2 = \left ( \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}\right ) R_2$$

Áp dụng định luật điện áp Kirchhoff cho mạch cơ bản,

$$V_2 = V_{BE} + V_E$$

$$V_2 = V_{BE} + I_E R_E$$

$$I_E = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$

Kể từ khi tôi _E ≈ I _C ,

$$I_C = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$

Từ biểu thức trên, rõ ràng là I _C không phụ thuộc vào β. V _BE rất nhỏ mà tôi _C không bị ảnh hưởng bởi V _BE cả. Do đó I _C trong mạch này gần như độc lập với các thông số của bóng bán dẫn và do đó đạt được sự ổn định tốt.

Điện áp thu-phát, V _CE

Áp dụng định luật điện áp Kirchhoff cho phía cực thu,

$$V_{CC} = I_C R_C + V_{CE} + I_E R_E$$

Kể từ khi tôi _E ≅ I _C

$$= I_C R_C + V_{CE} + I_C R_E$$

$$= I_C(R_C + R_E) + V_{CE}$$

Vì thế,

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C(R_C + R_E)$$

R _E cung cấp khả năng ổn định tuyệt vời trong mạch này.

$$V_2 = V_{BE} + I_C R_E$$

Giả sử có sự tăng nhiệt độ, khi đó dòng điện cực thu I _C giảm, làm cho điện áp trên R _E tăng lên. Khi điện áp giảm trên R ₂ là V ₂ , không phụ thuộc vào I _C , giá trị của V _BE giảm. Giá trị giảm của I _B có xu hướng khôi phục I _C về giá trị ban đầu.

Hệ số ổn định

Phương trình cho Stability factor của mạch này thu được là

Hệ số ổn định = $S = \frac{(\beta + 1) (R_0 + R_3)}{R_0 + R_E + \beta R_E}$

$$= (\beta + 1) \times \frac{1 + \frac{R_0}{R_E}}{\beta + 1 + \frac{R_0}{R_E}}$$

Ở đâu

$$R_0 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$$

Nếu tỷ số R ₀ / R _E rất nhỏ, thì R0 / RE có thể được bỏ qua so với 1 và hệ số ổn định trở thành

Hệ số ổn định = $S = (\beta + 1) \times \frac{1}{\beta + 1} = 1$

Đây là giá trị nhỏ nhất có thể có của S và dẫn đến độ ổn định nhiệt lớn nhất có thể.

Cho đến nay chúng ta đã thấy các kỹ thuật ổn định khác nhau. Sự ổn định xảy ra do hành động phản hồi tiêu cực. Các phản hồi tiêu cực, mặc dù cải thiện sự ổn định của điểm hoạt động, nó làm giảm độ lợi của bộ khuếch đại.

Vì độ lợi của bộ khuếch đại là một yếu tố rất quan trọng nên một số kỹ thuật bù được sử dụng để duy trì độ lệch và ổn định nhiệt tuyệt vời. Bây giờ chúng ta hãy đi qua các kỹ thuật bù thiên vị như vậy.

Diode bù cho sự không ổn định

Đây là những mạch thực hiện kỹ thuật bù sử dụng điốt để đối phó với sự mất ổn định xu hướng. Các kỹ thuật ổn định đề cập đến việc sử dụng các mạch xu hướng điện trở cho phép I _B thay đổi để giữ I _C tương đối không đổi.

Có hai loại phương pháp bù diode. Họ là -

• Diode bù cho sự mất ổn định do biến đổi V _BE
• Diode bù cho sự mất ổn định do biến đổi I _CO

Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết về hai phương thức bồi thường này.

Diode bù cho sự không ổn định do biến đổi V _BE

Trong một transistor Silicon, những thay đổi trong giá trị của V _BE kết quả trong những thay đổi trong I _C . Một diode có thể được sử dụng trong mạch phát để bù các biến thể trong V _BE hoặc I _CO . Vì điốt và bóng bán dẫn được sử dụng cùng vật liệu nên điện áp V _D trên điốt có cùng hệ số nhiệt độ với V _BE của bóng bán dẫn.

Hình sau cho thấy sự tự thiên vị với tính năng ổn định và bù trừ.

Các diode D được mong thiên vị bởi nguồn V _DD và điện trở R _D . Sự biến thiên của V _BE theo nhiệt độ giống như sự biến thiên của V _D theo nhiệt độ, do đó đại lượng (V _BE - V _D ) không đổi. Vì vậy dòng điện I _C không đổi mặc dù V _BE biến thiên .

Diode bù cho sự không ổn định do biến đổi I _CO

Hình dưới đây mô tả sơ đồ mạch của bộ khuếch đại bóng bán dẫn có diode D được sử dụng để bù biến thiên I _CO .

Vì vậy, dòng bão hòa ngược I _O của diode sẽ tăng theo nhiệt độ ở cùng tốc độ với dòng bão hòa I _CO của transistor .

$$I = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R} \cong \frac{V_{CC}}{R} = Constant$$

Các diode D là ngược lại thiên vị bởi V _BE và dòng điện qua nó là ngược bão hòa hiện nay tôi _O .

Bây giờ dòng điện cơ bản là,

$$I_B = I - I_O$$

Thay thế giá trị trên trong biểu thức cho dòng điện thu.

$$I_C = \beta (I - I_O) + (1 + \beta)I_{CO}$$

Nếu β ≫ 1,

$$I_C = \beta I - \beta I_O + \beta I_{CO}$$

Igần như không đổi và nếu I _O của diode và I _CO của bóng bán dẫn theo dõi lẫn nhau trong phạm vi nhiệt độ hoạt động, thì I _C không đổi.

Các khoản bồi thường khác

Có các kỹ thuật bù khác đề cập đến việc sử dụng các thiết bị nhạy cảm với nhiệt độ như điốt, bóng bán dẫn, nhiệt điện trở, Cảm biến, v.v. để bù cho sự thay đổi của dòng điện.

Có hai loại mạch phổ biến trong phương pháp này, một loại sử dụng nhiệt điện trở và một loại sử dụng cảm biến. Hãy để chúng tôi xem xét chúng.

Bù nhiệt điện trở

Nhiệt điện trở là một thiết bị nhạy cảm với nhiệt độ. Nó có hệ số nhiệt độ âm. Điện trở của một nhiệt điện trở tăng khi nhiệt độ giảm và nó giảm khi nhiệt độ tăng. Hình dưới đây cho thấy một bộ khuếch đại tự phân cực có bù nhiệt điện trở.

Trong mạch khuếch đại, những thay đổi xảy ra trong I _CO , V _BE và β theo nhiệt độ, làm tăng dòng điện thu. Thermistor được sử dụng để giảm thiểu sự gia tăng dòng điện cực góp. Khi nhiệt độ tăng, điện trở R _T của thermistor giảm, làm tăng dòng điện qua nó và điện trở R _E . Bây giờ, điện áp phát triển trên R _E tăng lên, làm sai lệch ngược lại điểm nối bộ phát. Phân cực ngược này cao đến mức ảnh hưởng của điện trở R ₁ và R ₂ cung cấp phân cực thuận cũng bị giảm. Hành động này làm giảm sự gia tăng trong dòng thu.

Do đó, độ nhạy nhiệt độ của nhiệt điện trở bù đắp cho sự gia tăng dòng điện thu, xảy ra do nhiệt độ.

Bù cảm biến

Cảm biến là một chất bán dẫn được pha tạp nhiều có hệ số nhiệt độ dương. Điện trở của cảm biến tăng khi nhiệt độ tăng và giảm khi nhiệt độ giảm. Hình dưới đây cho thấy một bộ khuếch đại tự phân cực có bù Sensistor.

Trong hình trên, các Sensistor có thể được đặt song song với R ₁ hoặc song song với R _E . Khi nhiệt độ tăng, điện trở của sự kết hợp song song, nhiệt điện trở và R ₁ tăng lên và giảm điện áp của chúng cũng tăng. Điều này làm giảm điện áp rơi trên R ₂ . Do sự giảm của điện áp này, độ lệch của bộ phát chuyển tiếp ròng giảm. Kết quả của điều này, I _C giảm.

Do đó, bằng cách sử dụng Sensistor, sự gia tăng dòng điện thu gây ra bởi sự gia tăng I _CO , V _BE và β do nhiệt độ, sẽ được kiểm soát.

Cách nhiệt

Bóng bán dẫn là một thiết bị phụ thuộc nhiệt độ. Khi bóng bán dẫn hoạt động, tiếp giáp bộ thu nhận được dòng điện tử nặng và do đó có nhiều nhiệt được tạo ra. Nhiệt này nếu tăng thêm vượt quá giới hạn cho phép sẽ làm hỏng tiếp giáp và do đó bóng bán dẫn.

Để bảo vệ chính nó khỏi bị hư hỏng, bóng bán dẫn tản nhiệt từ điểm nối đến vỏ bóng bán dẫn và từ đó ra không khí thoáng xung quanh nó.

Cho, nhiệt độ môi trường xung quanh hoặc nhiệt độ của không khí xung quanh = T _A ^o C

Và, nhiệt độ của điểm nối cơ sở cực thu của bóng bán dẫn = T _J ^o C

Khi T _J > T _A , chênh lệch T _J - T _A lớn hơn công suất tiêu tán trong transistor P _D sẽ lớn hơn. Vì vậy,

$$T_J - T_A \propto P_D$$

$$T_J - T_A = HP_D$$

Trong đó H là hằng số tỉ lệ, và được gọi là Thermal resistance.

Nhiệt trở là khả năng chống lại dòng nhiệt từ chỗ tiếp giáp với không khí xung quanh. Nó được ký hiệu là H.

$$H = \frac{T_J - T_A}{P_D}$$

Đơn vị của H là ^o C / oát.

Nếu điện trở nhiệt thấp, việc truyền nhiệt từ bóng bán dẫn vào không khí sẽ dễ dàng. Nếu trường hợp bóng bán dẫn lớn hơn, tản nhiệt sẽ tốt hơn. Điều này đạt được bằng cách sử dụng tản nhiệt.

Tản nhiệt

Bóng bán dẫn xử lý công suất lớn hơn, tản nhiệt nhiều hơn trong quá trình hoạt động. Nhiệt này nếu không được tản ra đúng cách có thể làm hỏng bóng bán dẫn. Do đó, các bóng bán dẫn công suất thường được gắn trên các vỏ kim loại lớn để cung cấp diện tích lớn hơn để nhận nhiệt tỏa ra trong quá trình hoạt động của nó.

Tấm kim loại giúp tản nhiệt bổ sung từ bóng bán dẫn được gọi là heat sink. Khả năng của bộ tản nhiệt phụ thuộc vào vật liệu, thể tích, diện tích, hình dạng, sự tiếp xúc giữa vỏ và bộ phận tản nhiệt, và chuyển động của không khí xung quanh bộ tản nhiệt.

Bộ tản nhiệt được chọn sau khi xem xét tất cả các yếu tố này. Hình ảnh cho thấy một bóng bán dẫn công suất với một tản nhiệt.

Một bóng bán dẫn nhỏ trong hình trên được cố định vào một tấm kim loại lớn hơn để tản nhiệt, để bóng bán dẫn không bị hỏng.

Thermal Runaway

Việc sử dụng tản nhiệt tránh được vấn đề Thermal Runaway. Đó là tình trạng khi nhiệt độ tăng dẫn đến tình trạng nhiệt độ tăng hơn nữa, dẫn đến sự phá hủy của chính thiết bị. Đây là một loại phản hồi tích cực không thể kiểm soát.

Heat sinkkhông phải là sự cân nhắc duy nhất; các yếu tố khác như điểm hoạt động, nhiệt độ môi trường xung quanh và loại bóng bán dẫn được sử dụng cũng có thể gây ra hiện tượng thoát nhiệt.

Chúng tôi hy vọng rằng bạn đã có đủ kiến ​​thức về điểm hoạt động, tính ổn định của nó và các kỹ thuật bù trong chương trước. Bây giờ chúng ta hãy thử tìm hiểu các khái niệm cơ bản của một mạch khuếch đại cơ bản.

Một tín hiệu điện tử chứa một số thông tin không thể được sử dụng nếu không có cường độ thích hợp. Quá trình tăng cường độ tín hiệu được gọi làAmplification. Hầu hết tất cả các thiết bị điện tử phải bao gồm một số phương tiện để khuếch đại tín hiệu. Chúng tôi nhận thấy việc sử dụng bộ khuếch đại trong các thiết bị y tế, thiết bị khoa học, tự động hóa, công cụ quân sự, thiết bị liên lạc và thậm chí trong thiết bị gia dụng.

Khuếch đại trong các ứng dụng thực tế được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại nhiều tầng. Một số bộ khuếch đại một tầng được xếp tầng để tạo thành một bộ khuếch đại nhiều tầng. Hãy để chúng tôi xem cách một bộ khuếch đại một tầng được xây dựng, đó là cơ bản cho một bộ khuếch đại nhiều tầng.

Bộ khuếch đại bóng bán dẫn một tầng

Khi chỉ một bóng bán dẫn có mạch kết hợp được sử dụng để khuếch đại tín hiệu yếu, mạch được gọi là single-stage amplifier.

Phân tích sự làm việc của mạch khuếch đại một tầng, giúp chúng ta dễ dàng hiểu được sự hình thành và làm việc của mạch khuếch đại nhiều tầng. Bộ khuếch đại bóng bán dẫn một tầng có một bóng bán dẫn, mạch phân cực và các thành phần phụ trợ khác. Sơ đồ mạch sau đây cho thấy một bộ khuếch đại bóng bán dẫn một giai đoạn trông như thế nào.

Khi một tín hiệu đầu vào yếu được đưa đến đế của bóng bán dẫn như trong hình, một lượng nhỏ dòng điện cơ bản chạy qua. Do hoạt động của bóng bán dẫn, một dòng điện lớn hơn chạy trong bộ thu của bóng bán dẫn. (Vì dòng điện thu bằng β lần dòng điện cơ bản có nghĩa là I _C = βI _B ). Bây giờ, khi dòng điện thu tăng, điện áp giảm trên điện trở R _C cũng tăng, được thu làm đầu ra.

Do đó, một đầu vào nhỏ ở chân đế sẽ được khuếch đại khi tín hiệu có cường độ và cường độ lớn hơn ở đầu ra bộ thu. Do đó bóng bán dẫn này hoạt động như một bộ khuếch đại.

Mạch thực tế của bộ khuếch đại bóng bán dẫn

Mạch của một bộ khuếch đại bóng bán dẫn thực tế như hình dưới đây, đại diện cho một mạch xu hướng phân áp.

Các phần tử mạch nổi bật khác nhau và chức năng của chúng được mô tả dưới đây.

Mạch xu hướng

Các điện trở R ₁ , R ₂ và R _E tạo thành mạch phân cực và ổn định, giúp thiết lập điểm hoạt động thích hợp.

Đầu vào Tụ C _trong

Tụ điện này ghép tín hiệu đầu vào với đế của bóng bán dẫn. Tụ điện đầu vào C _trong cho phép tín hiệu xoay chiều, nhưng cách ly nguồn tín hiệu khỏi R ₂ . Nếu không có tụ điện này, tín hiệu đầu vào sẽ được áp dụng trực tiếp, làm thay đổi độ lệch tại R ₂ .

Tụ điện ghép nối C _C

Tụ điện này hiện diện ở cuối một giai đoạn và kết nối nó với giai đoạn khác. Vì nó kết hợp hai giai đoạn, nó được gọi làcoupling capacitor. Tụ điện này chặn DC của một giai đoạn đi vào giai đoạn kia nhưng cho phép AC đi qua. Do đó nó còn được gọi làblocking capacitor.

Do sự hiện diện của tụ điện ghép nối C _C , đầu ra trên điện trở R _{L không} bị ảnh hưởng bởi điện áp một chiều của bộ thu. Nếu điều này không xuất hiện, các điều kiện thiên vị của giai đoạn tiếp theo sẽ bị thay đổi đáng kể do hiệu ứng shunting của R _C , vì nó sẽ đến song song với R ₂ của giai đoạn tiếp theo.

Tụ điện đi qua máy phát C _E

Tụ điện này được sử dụng song song với việc phát điện trở R _E . Tín hiệu AC khuếch đại được chuyển qua này. Nếu điều này không xuất hiện, tín hiệu đó sẽ đi qua R _E tạo ra sụt áp trên R _E sẽ phản hồi tín hiệu đầu vào làm giảm điện áp đầu ra.

Điện trở tải R _L

Điện trở R _L kết nối ở đầu ra được gọi làLoad resistor. Khi một số giai đoạn được sử dụng, thì R _L đại diện cho điện trở đầu vào của giai đoạn tiếp theo.

Các dòng mạch khác nhau

Hãy để chúng tôi đi qua các dòng mạch khác nhau trong mạch khuếch đại hoàn chỉnh. Những điều này đã được đề cập trong hình trên.

Cơ sở hiện tại

Khi không có tín hiệu nào được áp dụng trong mạch cơ sở, dòng điện cơ sở một chiều I _B chạy do mạch phân cực. Khi tín hiệu AC được áp dụng, dòng điện cơ sở AC i _b cũng chạy theo. Do đó, với ứng dụng của tín hiệu, tổng dòng điện cơ bản i _B được cho bởi

$$i_B = I_B + i_b$$

Dòng thu

Khi không có tín hiệu được áp dụng, dòng điện cực góp I _C chạy qua do mạch phân cực. Khi tín hiệu AC được áp dụng, AC sưu tập hiện tại i _c cũng chảy. Do đó, tổng dòng thu i _C được cho bởi

$$i_C = I_C + i_c$$

Ở đâu

$I_C = \beta I_B$ = zero tín hiệu thu dòng điện

$i_c = \beta i_b$ = Collecor dòng điện do tín hiệu

Máy phát hiện tại

Khi không có tín hiệu nào được áp dụng, dòng phát DC I _E chạy qua. Với ứng dụng của tín hiệu, tổng dòng phát i _E được cho bởi

$$i_E = I_E + i_e$$

Cần nhớ rằng

$$I_E = I_B + I_C$$

$$i_e = i_b + i_c$$

Vì dòng điện cơ bản thường nhỏ, cần lưu ý rằng

$I_E \cong I_C$ và $i_e \cong i_c$

Đây là những cân nhắc quan trọng đối với mạch thực tế của bộ khuếch đại bóng bán dẫn. Bây giờ hãy cho chúng tôi biết về phân loại của Ampli.

Mạch Khuếch đại là mạch tăng cường tín hiệu. Hoạt động của bộ khuếch đại và những lưu ý quan trọng đối với mạch thực tế của bộ khuếch đại bóng bán dẫn cũng đã được trình bày chi tiết trong các chương trước.

Bây giờ chúng ta hãy thử tìm hiểu sự phân loại của bộ khuếch đại. Bộ khuếch đại được phân loại theo nhiều cân nhắc.

Dựa trên số giai đoạn

Tùy thuộc vào số tầng của Khuếch đại, có Bộ khuếch đại một tầng và Bộ khuếch đại nhiều tầng.

• Single-stage Amplifiers - Mạch này chỉ có một mạch bán dẫn, là mạch khuếch đại đơn nhất.

• Multi-stage Amplifiers - Điều này có nhiều mạch bóng bán dẫn, cung cấp khuếch đại nhiều tầng.

Dựa trên sản lượng của nó

Tùy thuộc vào tham số được khuếch đại ở đầu ra, có bộ khuếch đại điện áp và công suất.

• Voltage Amplifiers - Mạch khuếch đại làm tăng mức điện áp của tín hiệu đầu vào, được gọi là Mạch khuếch đại điện áp.

• Power Amplifiers - Mạch khuếch đại làm tăng mức công suất của tín hiệu đầu vào, được gọi là Bộ khuếch đại công suất.

Dựa trên các tín hiệu đầu vào

Tùy thuộc vào độ lớn của tín hiệu đầu vào được áp dụng, chúng có thể được phân loại là Bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ và tín hiệu lớn.

• Small signal Amplifiers - Khi tín hiệu đầu vào quá yếu để tạo ra dao động nhỏ trong dòng điện thu so với giá trị tĩnh của nó, bộ khuếch đại được gọi là Bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ.

• Large signal amplifiers - Khi dao động của dòng điện góp lớn tức là vượt ra ngoài phần tuyến tính của đặc tính, bộ khuếch đại được gọi là bộ khuếch đại tín hiệu lớn.

Dựa trên dải tần số

Tùy thuộc vào dải tần của tín hiệu được sử dụng, có các bộ khuếch đại âm thanh và radio.

• Audio Amplifiers - Mạch khuếch đại khuếch đại các tín hiệu nằm trong dải tần âm tần tức là từ dải tần 20Hz đến 20 KHz, được gọi là mạch khuếch đại âm tần.

• Power Amplifiers - Mạch khuếch đại khuếch đại các tín hiệu nằm trong dải tần số rất cao, được gọi là Mạch khuếch đại công suất.

Dựa trên điều kiện xu hướng

Tùy thuộc vào phương thức hoạt động của chúng, có các bộ khuếch đại lớp A, lớp B và lớp C.

• Class A amplifier - Các điều kiện phân cực trong bộ khuếch đại công suất loại A sao cho dòng điện góp chạy cho toàn bộ tín hiệu xoay chiều được áp dụng.

• Class B amplifier - Các điều kiện phân cực trong bộ khuếch đại công suất lớp B là sao cho dòng điện góp chạy trong nửa chu kỳ của tín hiệu AC đầu vào được áp dụng.

• Class C amplifier - Các điều kiện phân cực trong bộ khuếch đại công suất lớp C là sao cho dòng điện góp chạy trong ít hơn nửa chu kỳ của tín hiệu AC đầu vào được áp dụng.

• Class AB amplifier - Bộ khuếch đại công suất lớp AB là bộ khuếch đại được tạo ra bằng cách kết hợp cả lớp A và lớp B để có tất cả các ưu điểm của cả hai lớp và giảm thiểu các vấn đề mà chúng mắc phải.

Dựa trên phương pháp ghép nối

Tùy thuộc vào phương pháp ghép nối một giai đoạn này với một giai đoạn khác, có RC ghép nối, biến áp kết hợp và bộ khuếch đại kết hợp trực tiếp.

• RC Coupled amplifier - Một mạch khuếch đại nhiều tầng được ghép nối với tầng tiếp theo sử dụng kết hợp điện trở và tụ điện (RC) có thể được gọi là mạch khuếch đại ghép RC.

• Transformer Coupled amplifier - Một mạch khuếch đại nhiều tầng được ghép nối với tầng tiếp theo, với sự trợ giúp của máy biến áp, có thể được gọi là mạch khuếch đại ghép nối với Biến áp.

• Direct Coupled amplifier - Một mạch khuếch đại nhiều tầng được ghép trực tiếp đến tầng tiếp theo, có thể được gọi là mạch khuếch đại ghép trực tiếp.

Dựa trên cấu hình bóng bán dẫn

Tùy thuộc vào loại cấu hình bóng bán dẫn, có các bộ khuếch đại CE CB và CC.

• CE amplifier - Mạch khuếch đại được hình thành bằng cách sử dụng kết hợp bóng bán dẫn có cấu hình CE được gọi là mạch khuếch đại CE.

• CB amplifier - Mạch khuếch đại được hình thành bằng cách sử dụng kết hợp bóng bán dẫn có cấu hình CB được gọi là mạch khuếch đại CB.

• CC amplifier - Mạch khuếch đại được hình thành bằng cách sử dụng kết hợp bóng bán dẫn có cấu hình CC được gọi là bộ khuếch đại CC.

Bất kỳ bộ khuếch đại bóng bán dẫn nào, sử dụng một bóng bán dẫn để khuếch đại các tín hiệu được kết nối theo một trong ba cấu hình. Đối với bộ khuếch đại, trạng thái tốt hơn là có trở kháng đầu vào cao, để tránh hiệu ứng tải trong mạch Nhiều tầng và trở kháng đầu ra thấp hơn, để cung cấp đầu ra tối đa cho tải. Độ lợi điện áp và độ lợi công suất cũng phải cao để tạo ra đầu ra tốt hơn.

Bây giờ chúng ta hãy nghiên cứu các cấu hình khác nhau để hiểu cấu hình nào phù hợp hơn cho một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại.

Bộ khuếch đại CB

Mạch khuếch đại được hình thành bằng cách sử dụng kết hợp bóng bán dẫn được cấu hình CB được gọi là bộ khuếch đại CB.

Xây dựng

Mạch khuếch đại cơ sở chung sử dụng bóng bán dẫn NPN như hình dưới đây, tín hiệu đầu vào được áp dụng tại điểm giao nhau cơ sở phát và tín hiệu đầu ra được lấy từ đường giao nhau cơ sở thu.

Điểm nối cơ sở của bộ phát được phân cực thuận bởi V _EE và điểm nối cơ sở thu được phân cực ngược bởi V _CC . Điểm hoạt động được điều chỉnh với sự trợ giúp của điện trở Re và R _c . Do đó các giá trị của I _c , I _b và I _cb được quyết định bởi V _CC , V _EE , R _e và R _c .

Hoạt động

Khi không có đầu vào nào được áp dụng, các điều kiện tĩnh được hình thành và không có đầu ra nào. Vì V _{có giá trị} âm so với mặt đất, nên phân cực thuận giảm đối với nửa dương của tín hiệu đầu vào. Kết quả là, dòng cơ sở I _B cũng bị giảm.

Hình dưới đây cho thấy bộ khuếch đại CB với mạch tự phân cực.

Như chúng ta biết rằng,

$$I_C \cong I_E \cong \beta I_B$$

Cả dòng thu và dòng phát đều giảm.

Điện áp giảm trên R _C là

$$V_C = I_C R_C$$

V _{C này} cũng bị giảm.

Khi I _C R _C giảm, V _CB tăng. Đó là vì,

$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$

Do đó, sản lượng nửa chu kỳ dương được tạo ra.

Trong cấu hình CB, đầu vào dương tạo ra đầu ra dương và do đó đầu vào và đầu ra cùng pha. Vì vậy, không có sự đảo pha giữa đầu vào và đầu ra trong bộ khuếch đại CB.

Nếu cấu hình CB được xem xét để khuếch đại, nó có trở kháng đầu vào thấp và trở kháng đầu ra cao. Mức tăng điện áp cũng thấp so với cấu hình CE. Do đó các bộ khuếch đại cấu hình CB được sử dụng ở các ứng dụng tần số cao.

Bộ khuếch đại CE

Mạch khuếch đại được hình thành bằng cách sử dụng kết hợp bóng bán dẫn có cấu hình CE được gọi là bộ khuếch đại CE.

Xây dựng

Mạch khuếch đại cực phát phổ biến sử dụng bóng bán dẫn NPN như hình dưới đây, tín hiệu đầu vào được áp dụng tại điểm nối cơ sở bộ phát và tín hiệu đầu ra được lấy từ điểm giao nhau của bộ thu.

Điểm nối cơ sở của bộ phát được phân cực thuận bởi V _EE và điểm nối cơ sở thu được phân cực ngược bởi V _CC . Điểm hoạt động được điều chỉnh với sự trợ giúp của điện trở R _e và R _c . Do đó các giá trị của I _c , I _b và I _cb được quyết định bởi V _CC , V _EE , R _e và R _c .

Hoạt động

Khi không có đầu vào nào được áp dụng, các điều kiện tĩnh được hình thành và không có đầu ra nào. Khi một nửa tích cực của tín hiệu đang được áp dụng, điện áp giữa cơ sở và bộ phát V _được tăng lên vì nó đã là dương đối với đất.

Khi phân cực thuận tăng, dòng cơ bản cũng tăng theo. Vì I _C = βI _B , dòng thu cũng tăng.

Sơ đồ mạch sau đây cho thấy một bộ khuếch đại CE với mạch tự phân cực.

Dòng điện góp khi chạy qua R _C thì điện áp giảm.

$$V_C = I_C R_C$$

Do đó, điện áp giữa bộ thu và bộ phát giảm. Bởi vì,

$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$

Do đó, điện áp khuếch đại xuất hiện trên R _C .

Do đó, trong bộ khuếch đại CE, khi tín hiệu đi thuận xuất hiện dưới dạng tín hiệu đi âm, được hiểu là có sự lệch pha 180 ^o giữa đầu vào và đầu ra.

Bộ khuếch đại CE có trở kháng đầu vào cao và trở kháng đầu ra thấp hơn so với bộ khuếch đại CB. Độ lợi điện áp và độ lợi công suất cũng cao trong bộ khuếch đại CE và do đó điều này chủ yếu được sử dụng trong bộ khuếch đại âm thanh.

Bộ khuếch đại CC

Mạch khuếch đại được hình thành bằng cách sử dụng kết hợp bóng bán dẫn có cấu hình CC được gọi là bộ khuếch đại CC.

Xây dựng

Mạch khuếch đại cực thu phổ biến sử dụng bóng bán dẫn NPN như hình dưới đây, tín hiệu đầu vào được áp dụng tại điểm nối cực thu cơ sở và tín hiệu đầu ra được lấy từ điểm giao nhau của bộ thu cực phát.

Điểm nối cơ sở của bộ phát được phân cực thuận bởi V _EE và điểm nối cơ sở thu được phân cực ngược bởi V _CC . Giá trị Q của I _b và I _e được điều chỉnh bởi R _b và R _e .

Hoạt động

Khi không có đầu vào nào được áp dụng, các điều kiện tĩnh được hình thành và không có đầu ra nào. Khi một nửa tích cực của tín hiệu đang được áp dụng, phân cực thuận tăng lên vì V _be là dương đối với bộ thu hoặc đất. Với điều này, dòng cơ sở I _B và dòng điện cực góp I _C được tăng lên.

Sơ đồ mạch sau đây cho thấy một bộ khuếch đại CC với mạch tự phân cực.

Do đó, điện áp giảm trên R _e tức là điện áp đầu ra tăng lên. Kết quả là, thu được nửa chu kỳ dương. Khi đầu vào và đầu ra cùng pha, không có sự đảo ngược pha.

Nếu cấu hình CC được xem xét để khuếch đại, mặc dù bộ khuếch đại CC có trở kháng đầu vào tốt hơn và trở kháng đầu ra thấp hơn so với bộ khuếch đại CE, nhưng độ lợi điện áp của CC rất ít hơn, điều này chỉ giới hạn các ứng dụng của nó đối với việc kết hợp trở kháng.

So sánh giữa CB CE CC Amplifier

Chúng ta hãy so sánh các chi tiết đặc trưng của bộ khuếch đại CB, CE và CC.

Đặc tính	CE	CB	CC
Kháng đầu vào	Thấp (1K đến 2K)	Rất thấp (30-150 Ω)	Cao (20-500 KΩ)
Điện trở đầu ra	Lớn (≈ 50 K)	Cao (≈ 500 K)	Thấp (50-1000 KΩ)
Lợi ích hiện tại	B cao	α <1	Cao (1 + β)
Tăng điện áp	Cao (≈ 1500)	Cao (≈ 1500)	Ít hơn một
Tăng sức mạnh	Cao (10.000 yên)	Cao (≈ 7500)	Thấp (250-500)
Giai đoạn giữa đầu vào và đầu ra	đảo ngược	tương tự	tương tự

Do tính tương thích và các tính năng đặc trưng, ​​cấu hình bộ phát chung hầu hết được sử dụng trong các mạch khuếch đại.

Trong các ứng dụng thực tế, đầu ra của bộ khuếch đại trạng thái đơn lẻ thường không đủ, mặc dù nó là bộ khuếch đại điện áp hoặc công suất. Do đó chúng được thay thế bằngMulti-stage transistor amplifiers.

Trong bộ khuếch đại nhiều tầng, đầu ra của tầng thứ nhất được ghép nối với đầu vào của tầng tiếp theo bằng thiết bị ghép nối. Các thiết bị ghép nối này thường có thể là tụ điện hoặc máy biến áp. Quá trình kết hợp hai giai đoạn khuếch đại này bằng cách sử dụng một thiết bị ghép nối có thể được gọi làCascading.

Hình dưới đây cho thấy một bộ khuếch đại hai tầng được kết nối theo tầng.

Độ lợi tổng thể là sản phẩm của độ lợi điện áp của các giai đoạn riêng lẻ.

$$A_V = A_{V1} \times A_{V2} = \frac{V_2}{V_1} \times \frac{V_0}{V_2} = \frac{V_0}{V_1}$$

Trong đó A _V = Tổng tăng, A _V1 = Voltage tăng trong tổng số 1 ^st sân khấu, và A _V2 = Voltage tăng của 2 ^nd sân khấu.

Nếu có n số giai đoạn, sản phẩm của tăng điện áp của những n các tầng sẽ là độ lợi tổng thể của mạch khuếch đại nhiều tầng đó.

Mục đích của thiết bị ghép nối

Các mục đích cơ bản của thiết bị ghép nối là

• Để chuyển AC từ đầu ra của một giai đoạn sang đầu vào của giai đoạn tiếp theo.

• Để chặn DC truyền từ đầu ra của một giai đoạn đến đầu vào của giai đoạn tiếp theo, có nghĩa là cô lập các điều kiện DC.

Các loại khớp nối

Kết hợp một tầng khuếch đại với tầng kia trong tầng, sử dụng các thiết bị ghép nối tạo thành Multi-stage amplifier circuit. Cófour các phương pháp ghép nối cơ bản, sử dụng các thiết bị ghép nối này như điện trở, tụ điện, máy biến áp, v.v ... Hãy để chúng tôi tìm hiểu về chúng.

Khớp nối kháng-điện dung

Đây là phương pháp ghép nối được sử dụng nhiều nhất, được hình thành bằng cách sử dụng đơn giản resistor-capacitorsự phối hợp. Tụ điện cho phép AC và khối DC là thành phần ghép nối chính được sử dụng ở đây.

Tụ điện ghép nối chuyển AC từ đầu ra của một giai đoạn đến đầu vào của giai đoạn tiếp theo của nó. Trong khi chặn các thành phần DC khỏi điện áp phân cực DC để thực hiện giai đoạn tiếp theo. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết về phương pháp ghép nối này trong các chương tới.

Khớp nối trở kháng

Mạng ghép nối sử dụng inductance và capacitance như các phần tử ghép có thể được gọi là mạng ghép trở kháng.

Trong phương pháp ghép trở kháng này, trở kháng của cuộn ghép phụ thuộc vào độ tự cảm và tần số tín hiệu của nó là jwL. Phương pháp này không quá phổ biến và hiếm khi được áp dụng.

Khớp nối biến áp

Phương pháp ghép nối sử dụng transformer as the couplingthiết bị có thể được gọi là khớp nối biến áp. Không có tụ điện nào được sử dụng trong phương pháp ghép nối này vì bản thân máy biến áp truyền tải trực tiếp thành phần AC đến chân đế của giai đoạn thứ hai.

Cuộn thứ cấp của máy biến áp cung cấp một đường trở lại cơ bản và do đó không cần điện trở cơ bản. Khớp nối này phổ biến vì hiệu quả và sự phù hợp trở kháng của nó và do đó nó hầu như được sử dụng.

Khớp nối trực tiếp

Nếu tầng khuếch đại trước được kết nối trực tiếp với tầng khuếch đại tiếp theo, nó được gọi là direct coupling. Các điều kiện thiên vị tầng khuếch đại riêng được thiết kế để các tầng có thể được kết nối trực tiếp mà không cần cách ly DC.

Phương pháp ghép nối trực tiếp chủ yếu được sử dụng khi tải mắc nối tiếp, với cực đầu ra của phần tử mạch tích cực. Ví dụ, điện thoại đeo đầu, loa lớn, v.v.

Vai trò của tụ điện trong bộ khuếch đại

Ngoài mục đích ghép nối, có những mục đích khác mà ít tụ điện được sử dụng đặc biệt trong bộ khuếch đại. Để hiểu được điều này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về vai trò của tụ điện trong Âm ly.

Tụ điện đầu vào C _trong

Các tụ đầu vào C _trong hiện tại giai đoạn đầu của bộ khuếch đại, các cặp vợ chồng AC tín hiệu để các cơ sở của transistor. Tụ điện C này _trong nếu không có mặt, các nguồn tín hiệu sẽ được song song với điện trở R ₂ và thiên vị điện áp của cơ sở bán dẫn sẽ được thay đổi.

Do đó C _in cho phép, tín hiệu AC từ nguồn chảy vào mạch đầu vào, mà không ảnh hưởng đến các điều kiện phân cực.

Tụ điện đi qua phát điện C _e

Tụ điện đi qua của máy phát C _e được nối song song với điện trở của máy phát. Nó cung cấp một đường dẫn điện trở thấp đến tín hiệu AC được khuếch đại.

Trong trường hợp không có tụ điện này, điện áp phát triển trên R _E sẽ phản hồi về phía đầu vào do đó làm giảm điện áp đầu ra. Do đó với sự có mặt của C _e , AC khuếch đại sẽ đi qua điều này.

Tụ điện ghép nối C _C

Tụ điện C _C là tụ ghép nối hai khâu và ngăn cản nhiễu DC giữa các khâu và điều khiển điểm hoạt động dịch chuyển. Điều này còn được gọi làblocking capacitor vì nó không cho phép điện áp một chiều đi qua nó.

Trong trường hợp không có tụ điện này, R _C sẽ mắc song song với điện trở R ₁ của mạng phân cực của giai đoạn tiếp theo và do đó thay đổi các điều kiện phân cực của giai đoạn tiếp theo.

Cân nhắc bộ khuếch đại

Đối với một mạch khuếch đại, độ lợi tổng thể của bộ khuếch đại là một xem xét quan trọng. Để đạt được mức tăng điện áp tối đa, chúng ta hãy tìm cấu hình bóng bán dẫn phù hợp nhất để xếp tầng.

Bộ khuếch đại CC

• Độ lợi điện áp của nó nhỏ hơn sự thống nhất.
• Nó không thích hợp cho các giai đoạn trung gian.

Bộ khuếch đại CB

• Độ lợi điện áp của nó nhỏ hơn sự thống nhất.
• Do đó không thích hợp để xếp tầng.

Bộ khuếch đại CE

• Độ lợi điện áp của nó lớn hơn sự thống nhất.
• Tăng điện áp được tăng thêm bằng cách xếp tầng.

Đặc điểm của bộ khuếch đại CE là như vậy, cấu hình này rất thích hợp cho việc phân tầng trong các mạch khuếch đại. Do đó hầu hết các mạch khuếch đại sử dụng cấu hình CE.

Trong các chương tiếp theo của hướng dẫn này, chúng tôi sẽ giải thích các loại bộ khuếch đại ghép nối.

Khớp nối điện trở-điện dung, trong ngắn hạn được gọi là khớp nối RC. Đây là kỹ thuật ghép nối được sử dụng nhiều nhất trong các bộ khuếch đại.

Cấu tạo của một bộ khuếch đại kết hợp RC hai tầng

Chi tiết cấu tạo của mạch khuếch đại bóng bán dẫn RC hai tầng như sau. Mạch khuếch đại hai giai đoạn có hai bóng bán dẫn, được kết nối theo cấu hình CE và sử dụng nguồn điện chung V _CC . Mạng phân chia tiềm năng R ₁ và R ₂ và điện trở R _e tạo thành mạng phân cực và ổn định. Tụ điện đi qua bộ phát C _e cung cấp một đường dẫn điện trở thấp cho tín hiệu.

Điện trở R _L được sử dụng như một trở kháng tải. Các tụ đầu vào C _trong hiện tại giai đoạn đầu của các cặp vợ chồng khuếch đại tín hiệu AC đến cơ sở của transistor. Tụ C _C là tụ ghép nối hai khâu và ngăn nhiễu DC giữa các khâu và điều khiển sự dịch chuyển điểm hoạt động. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của bộ khuếch đại ghép RC.

Hoạt động của Bộ khuếch đại ghép nối RC

Khi một tín hiệu đầu vào AC được áp dụng cho đế của bóng bán dẫn đầu tiên, nó sẽ được khuếch đại và xuất hiện ở tải thu R _L , sau đó được đưa qua tụ ghép C _C đến tầng tiếp theo. Đây trở thành đầu vào của giai đoạn tiếp theo, mà đầu ra khuếch đại của nó lại xuất hiện trên tải bộ thu của nó. Do đó tín hiệu được khuếch đại trong giai đoạn bởi hành động giai đoạn.

Điểm quan trọng cần được lưu ý ở đây là tổng thu được nhỏ hơn tích của thu được của các giai đoạn riêng lẻ. Điều này là do khi giai đoạn thứ hai được thực hiện để tiếp nối giai đoạn đầu tiên,effective load resistancecủa giai đoạn đầu tiên bị giảm do hiệu ứng shunting của điện trở đầu vào của giai đoạn thứ hai. Do đó, trong một bộ khuếch đại nhiều tầng, chỉ có độ lợi của tầng cuối cùng là không thay đổi.

Như chúng ta xem xét một bộ khuếch đại hai giai đoạn ở đây, giai đoạn đầu ra giống như đầu vào. Bởi vì sự đảo pha được thực hiện hai lần bởi mạch khuếch đại hai tầng có cấu hình CE.

Đáp ứng tần số của Bộ khuếch đại ghép nối RC

Đường cong đáp ứng tần số là một đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa độ lợi điện áp và hàm của tần số. Đáp tuyến tần số của bộ khuếch đại ghép RC được thể hiện trong đồ thị sau.

Từ đồ thị trên, có thể hiểu rằng tần số cuộn tắt hoặc giảm đối với các tần số dưới 50Hz và đối với các tần số trên 20 KHz. trong khi độ lợi điện áp cho dải tần từ 50Hz đến 20 KHz là không đổi.

Chúng ta biết rằng,

$$X_C = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

Có nghĩa là điện kháng tỷ lệ nghịch với tần số.

Ở tần số thấp (tức là dưới 50 Hz)

Điện kháng tỷ lệ nghịch với tần số. Ở tần số thấp, điện kháng khá cao. Điện kháng của tụ điện đầu vào C _trong và tụ điện ghép nối C _C cao đến mức chỉ cho phép một phần nhỏ của tín hiệu đầu vào. Điện kháng của bộ phát qua tụ điện C _E cũng rất cao ở tần số thấp. Do đó, nó không thể ngắt điện trở bộ phát một cách hiệu quả. Với tất cả các yếu tố này, điện áp tăng giảm ở tần số thấp.

Ở tần số cao (tức là trên 20 KHz)

Một lần nữa xem xét cùng một điểm, chúng ta biết rằng điện trở điện dung thấp ở tần số cao. Vì vậy, một tụ điện hoạt động như một ngắn mạch, ở tần số cao. Kết quả là, hiệu ứng tải của giai đoạn tiếp theo tăng lên, làm giảm độ lợi điện áp. Cùng với đó, khi điện dung của diode phát giảm, nó làm tăng dòng điện cơ bản của bóng bán dẫn do đó độ lợi dòng (β) giảm. Do đó điện áp tăng giảm ở tần số cao.

Ở tần số trung bình (tức là 50 Hz đến 20 KHz)

Mức tăng điện áp của tụ điện được duy trì không đổi trong dải tần số này, như thể hiện trong hình. Nếu tần số tăng, điện trở của tụ C _C giảm và có xu hướng tăng độ lợi. Nhưng phản kháng điện dung thấp hơn này làm tăng hiệu ứng tải của giai đoạn tiếp theo do đó có sự giảm độ lợi.

Do hai yếu tố này, độ lợi được duy trì không đổi.

Ưu điểm của Bộ khuếch đại ghép nối RC

Sau đây là những ưu điểm của bộ khuếch đại ghép RC.

• Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại RC cung cấp độ lợi liên tục trên một dải tần số rộng, do đó phù hợp nhất cho các ứng dụng âm thanh.

• Mạch đơn giản và có giá thành thấp hơn vì nó sử dụng điện trở và tụ điện có giá thành rẻ.

• Nó trở nên nhỏ gọn hơn với công nghệ nâng cấp.

Nhược điểm của Bộ khuếch đại ghép nối RC

Sau đây là những nhược điểm của bộ khuếch đại ghép RC.

• Điện áp và độ lợi công suất thấp vì chịu tải hiệu dụng.

• Chúng trở nên ồn ào theo tuổi tác.

• Do kết hợp trở kháng kém, truyền tải điện năng sẽ thấp.

Các ứng dụng của RC Coupled Amplifier

Sau đây là các ứng dụng của bộ khuếch đại ghép RC.

• Chúng có độ trung thực âm thanh tuyệt vời trên một dải tần số rộng.

• Được sử dụng rộng rãi làm bộ khuếch đại điện áp

• Do kết hợp trở kháng kém, khớp nối RC hiếm khi được sử dụng trong giai đoạn cuối.

Chúng tôi đã quan sát thấy rằng nhược điểm chính của bộ khuếch đại kết hợp RC là khả năng chịu tải hiệu quả bị giảm. Điều này là do, trở kháng đầu vào của bộ khuếch đại thấp, trong khi trở kháng đầu ra của nó cao.

Khi chúng được ghép để tạo thành bộ khuếch đại đa tầng, trở kháng đầu ra cao của một tầng sẽ song song với trở kháng đầu vào thấp của tầng tiếp theo. Do đó, khả năng chịu tải hiệu quả bị giảm. Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cáchtransformer coupled amplifier.

Trong bộ khuếch đại được ghép nối với máy biến áp, các giai đoạn của bộ khuếch đại được ghép nối bằng cách sử dụng một máy biến áp. Chúng ta hãy đi vào chi tiết cấu tạo và hoạt động của một bộ khuếch đại kết hợp biến áp.

Cấu tạo của Bộ khuếch đại ghép nối biến áp

Mạch khuếch đại trong đó, giai đoạn trước được kết nối với giai đoạn sau bằng cách sử dụng một biến áp ghép nối, được gọi là bộ khuếch đại ghép nối Biến áp.

Biến áp khớp nối T ₁ được sử dụng để cấp đầu ra của giai đoạn ^{thứ nhất} với đầu vào của giai đoạn ^{thứ hai} . Tải thu được thay bằng cuộn sơ cấp của máy biến áp. Cuộn thứ cấp được nối giữa bộ chia điện thế và đế của tầng ^{thứ 2} , cung cấp đầu vào cho tầng ^{thứ 2} . Thay vì ghép nối tụ điện như trong mạch khuếch đại ghép RC, một biến áp được sử dụng để ghép hai giai đoạn bất kỳ, trong mạch khuếch đại ghép biến áp.

Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của bộ khuếch đại ghép biến áp.

Mạng phân chia tiềm năng R ₁ và R ₂ và điện trở R _e cùng nhau tạo thành mạng phân cực và ổn định. Tụ điện đi qua bộ phát C _e cung cấp một đường dẫn điện trở thấp cho tín hiệu. Điện trở R _L được sử dụng như một trở kháng tải. Các tụ đầu vào C _trong hiện tại giai đoạn đầu của các cặp vợ chồng khuếch đại tín hiệu AC đến cơ sở của transistor. Tụ C _C là tụ ghép nối hai khâu và ngăn nhiễu DC giữa các khâu và điều khiển sự dịch chuyển điểm hoạt động.

Hoạt động của Bộ khuếch đại ghép nối biến áp

Khi một tín hiệu xoay chiều được áp dụng cho đầu vào của đế của bóng bán dẫn đầu tiên thì nó sẽ được khuếch đại bởi bóng bán dẫn và xuất hiện ở bộ thu mà cuộn sơ cấp của máy biến áp được kết nối.

Máy biến áp được sử dụng như một thiết bị ghép nối trong mạch này có thuộc tính thay đổi trở kháng, có nghĩa là điện trở thấp của một giai đoạn (hoặc tải) có thể được phản ánh là điện trở tải cao so với giai đoạn trước đó. Do đó điện áp ở cuộn sơ cấp được chuyển theo tỷ số vòng của cuộn thứ cấp của máy biến áp.

Ghép nối biến áp này cung cấp sự phù hợp trở kháng tốt giữa các tầng của bộ khuếch đại. Bộ khuếch đại kết hợp biến áp thường được sử dụng để khuếch đại công suất.

Đáp ứng tần số của Bộ khuếch đại ghép nối biến áp

Hình dưới đây cho thấy đáp ứng tần số của một bộ khuếch đại kết hợp biến áp. Độ lợi của bộ khuếch đại chỉ không đổi đối với một dải tần số nhỏ. Điện áp đầu ra bằng dòng thu nhân với điện kháng của sơ cấp.

Ở tần số thấp, điện kháng của cuộn sơ cấp bắt đầu giảm, dẫn đến giảm độ lợi. Ở tần số cao, điện dung giữa các cuộn dây hoạt động như một tụ điện rẽ nhánh để giảm điện áp đầu ra và do đó tăng được.

Vì vậy, việc khuếch đại tín hiệu âm thanh sẽ không tương xứng và một số biến dạng cũng sẽ xuất hiện, được gọi là Frequency distortion.

Ưu điểm của Bộ khuếch đại ghép nối biến áp

Sau đây là những ưu điểm của bộ khuếch đại kết hợp biến áp -

• Một kết hợp trở kháng tuyệt vời được cung cấp.
• Lợi ích đạt được cao hơn.
• Sẽ không có tổn thất điện năng trong bộ thu và điện trở cơ sở.
• Hiệu quả trong hoạt động.

Nhược điểm của Bộ khuếch đại ghép nối biến áp

Sau đây là những nhược điểm của bộ khuếch đại ghép biến áp -

• Mặc dù mức tăng cao, nó thay đổi đáng kể theo tần số. Do đó đáp ứng tần số kém.

• Độ méo tần số cao hơn.

• Máy biến áp có xu hướng tạo ra tiếng ồn.

• Máy biến áp cồng kềnh và tốn kém.

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của bộ khuếch đại kết hợp biến áp -

• Chủ yếu được sử dụng cho mục đích kết hợp trở kháng.
• Được sử dụng để khuếch đại công suất.
• Được sử dụng trong các ứng dụng cần truyền điện tối đa.

Loại bộ khuếch đại ghép khác là bộ khuếch đại ghép nối trực tiếp, được sử dụng đặc biệt để khuếch đại các tần số thấp hơn, chẳng hạn như khuếch đại dòng quang điện hoặc dòng điện cặp nhiệt hoặc tương tự.

Bộ khuếch đại ghép nối trực tiếp

Vì không có thiết bị ghép nối nào được sử dụng, việc ghép nối các tầng khuếch đại được thực hiện trực tiếp và do đó được gọi là Direct coupled amplifier.

Xây dựng

Hình dưới đây chỉ ra bộ khuếch đại bóng bán dẫn ghép nối trực tiếp ba tầng. Đầu ra của bóng bán dẫn tầng thứ nhất T ₁ được nối với đầu vào của bóng bán dẫn tầng thứ hai T ₂ .

Bóng bán dẫn trong giai đoạn đầu tiên sẽ là một bóng bán dẫn NPN, trong khi bóng bán dẫn trong giai đoạn tiếp theo sẽ là một bóng bán dẫn PNP, v.v. Điều này là do, các biến thể trong một bóng bán dẫn có xu hướng hủy bỏ các biến thể trong bóng bán dẫn kia. Sự gia tăng dòng điện góp và sự thay đổi trong β của một bóng bán dẫn sẽ bị hủy bỏ bởi sự giảm xuống của bóng bán dẫn kia.

Hoạt động

Tín hiệu đầu vào khi đặt ở chân của transistor T ₁ , nó được khuếch đại do hoạt động của transistor và đầu ra khuếch đại xuất hiện ở điện trở cực thu R _c của transistor T ₁ . Đầu ra này được áp dụng cho đế của bóng bán dẫn T ₂ để khuếch đại tín hiệu hơn nữa. Bằng cách này, tín hiệu được khuếch đại trong mạch khuếch đại ghép trực tiếp.

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ khuếch đại ghép nối trực tiếp như sau.

• Việc sắp xếp mạch đơn giản vì sử dụng điện trở tối thiểu.

• Mạch có giá thành thấp vì không có các thiết bị ghép nối đắt tiền.

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ khuếch đại ghép trực tiếp như sau.

• Nó không thể được sử dụng để khuếch đại tần số cao.
• Điểm hoạt động bị thay đổi do sự thay đổi nhiệt độ.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của bộ khuếch đại ghép nối trực tiếp như sau.

• Khuếch đại tần số thấp.
• Khuếch đại dòng điện thấp.

So sánh

Chúng ta hãy thử so sánh các đặc điểm của các loại phương pháp ghép nối được thảo luận cho đến bây giờ.

S.Không	Cụ thể	Khớp nối RC	Khớp nối biến áp	Khớp nối trực tiếp
1	Phản hồi thường xuyên	Xuất sắc trong dải tần âm thanh	Nghèo	Tốt
2	Giá cả	Ít hơn	Hơn	Ít nhất
3	Không gian và Trọng lượng	Ít hơn	Hơn	Ít nhất
4	Trở kháng phù hợp	Không tốt	Thông minh	Tốt
5	Sử dụng	Để khuếch đại điện áp	Để khuếch đại công suất	Để khuếch đại tần số cực thấp

Trong thực tế, bất kỳ bộ khuếch đại nào cũng bao gồm một vài giai đoạn khuếch đại. Nếu chúng ta xem xét khuếch đại âm thanh, nó có một số giai đoạn khuếch đại, tùy thuộc vào yêu cầu của chúng tôi.

Bộ khuếch đại công suất

Sau khi tín hiệu âm thanh được chuyển đổi thành tín hiệu điện, nó có một số khuếch đại điện áp được thực hiện, sau đó việc khuếch đại công suất của tín hiệu khuếch đại được thực hiện ngay trước sân khấu loa lớn. Điều này được thể hiện rõ ràng trong hình bên dưới.

Trong khi bộ khuếch đại điện áp tăng mức điện áp của tín hiệu, thì bộ khuếch đại công suất tăng mức công suất của tín hiệu. Bên cạnh việc nâng mức công suất, cũng có thể nói rằng bộ khuếch đại công suất là một thiết bị chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC và hoạt động của nó được điều khiển bởi tín hiệu đầu vào.

Nguồn DC được phân phối theo mối quan hệ,

Đầu vào nguồn DC = Đầu ra nguồn AC + tổn thất

Transistor công suất

Để khuếch đại công suất như vậy, một bóng bán dẫn bình thường sẽ không làm được. Một bóng bán dẫn được sản xuất để phù hợp với mục đích khuếch đại công suất được gọi làPower transistor.

Bóng bán dẫn công suất khác với các bóng bán dẫn khác, ở các yếu tố sau.

• Nó có kích thước lớn hơn, để xử lý các công suất lớn.

• Vùng thu nhiệt của bóng bán dẫn được làm lớn và một bộ tản nhiệt được đặt ở điểm giao nhau với đế thu nhiệt để giảm thiểu nhiệt sinh ra.

• Vùng phát và vùng cơ sở của bóng bán dẫn công suất được pha tạp nhiều.

• Do điện trở đầu vào thấp, nó yêu cầu công suất đầu vào thấp.

Do đó có rất nhiều khác biệt trong khuếch đại điện áp và khuếch đại công suất. Vì vậy, bây giờ chúng ta hãy thử đi vào chi tiết để hiểu sự khác biệt giữa bộ khuếch đại điện áp và bộ khuếch đại công suất.

Sự khác biệt giữa Bộ khuếch đại điện áp và công suất

Chúng ta hãy thử phân biệt giữa điện áp và bộ khuếch đại công suất.

Bộ khuếch đại điện áp

Chức năng của bộ khuếch đại điện áp là nâng cao mức điện áp của tín hiệu. Bộ khuếch đại điện áp được thiết kế để đạt được độ khuếch đại điện áp tối đa.

Độ lợi điện áp của bộ khuếch đại được cho bởi

$$A_v = \beta \left (\frac{R_c}{R_{in}} \right )$$

Các đặc điểm của bộ khuếch đại điện áp như sau:

• Đế của bóng bán dẫn phải mỏng và do đó giá trị của β phải lớn hơn 100.

• Cuộc kháng chiến của các đầu vào điện trở R _trong nên thấp khi so sánh với tải thu R _C .

• Tải thu R _C nên tương đối cao. Để cho phép tải bộ góp cao, các bộ khuếch đại điện áp luôn hoạt động ở dòng điện cực thu thấp.

• Bộ khuếch đại điện áp được sử dụng cho điện áp tín hiệu nhỏ.

Bộ khuếch đại công suất

Chức năng của bộ khuếch đại công suất là nâng cao mức công suất của tín hiệu đầu vào. Nó được yêu cầu cung cấp một lượng điện năng lớn và phải xử lý dòng điện lớn.

Các đặc điểm của bộ khuếch đại công suất như sau:

• Đế của bóng bán dẫn được làm dày hơn để xử lý dòng điện lớn. Giá trị của β là (β> 100) cao.

• Kích thước của bóng bán dẫn được làm lớn hơn, nhằm tản nhiệt nhiều hơn, được tạo ra trong quá trình hoạt động của bóng bán dẫn.

• Khớp nối máy biến áp được sử dụng để kết hợp trở kháng.

• Điện trở của bộ thu được thực hiện thấp.

So sánh giữa bộ khuếch đại điện áp và công suất được đưa ra dưới đây dưới dạng bảng.

S.Không	Cụ thể	Bộ khuếch đại điện áp	Bộ khuếch đại công suất
1	β	Cao (> 100)	Thấp (5 đến 20)
2	R C	Cao (4-10 KΩ)	Thấp (5 đến 20 Ω)
3	Khớp nối	Thường là khớp nối RC	Khớp nối luôn biến áp
4	Điện áp đầu vào	Thấp (vài m V)	Cao (2-4 V)
5	Dòng thu	Thấp (≈ 1 mA)	Cao (> 100 mA)
6	Sản lượng điện	Thấp	Cao
7	Kết quả đầu ra	Cao (≈ 12 K Ω)	Thấp (200 Ω)

Bộ khuếch đại Công suất khuếch đại mức công suất của tín hiệu. Sự khuếch đại này được thực hiện ở giai đoạn cuối cùng trong các ứng dụng âm thanh. Các ứng dụng liên quan đến tần số vô tuyến sử dụng bộ khuếch đại công suất vô tuyến. Nhưngoperating pointcủa một bóng bán dẫn, đóng một vai trò rất quan trọng trong việc xác định hiệu suất của bộ khuếch đại. Cácmain classification được thực hiện dựa trên phương thức hoạt động này.

Việc phân loại được thực hiện dựa trên tần số của chúng và cũng dựa trên phương thức hoạt động của chúng.

Phân loại dựa trên tần suất

Bộ khuếch đại công suất được chia thành hai loại, dựa trên tần số mà chúng xử lý. Chúng như sau.

• Audio Power Amplifiers- Bộ khuếch đại công suất âm thanh nâng mức công suất của tín hiệu có dải tần âm thanh (20 Hz đến 20 KHz). Chúng còn được gọi làSmall signal power amplifiers.

• Radio Power Amplifiers- Bộ khuếch đại công suất vô tuyến hoặc bộ khuếch đại công suất được điều chỉnh nâng mức công suất của tín hiệu có dải tần số vô tuyến (3 KHz đến 300 GHz). Chúng còn được gọi làlarge signal power amplifiers.

Phân loại dựa trên phương thức hoạt động

Trên cơ sở của chế độ hoạt động, tức là, phần của chu kỳ đầu vào mà dòng điện thu chạy, bộ khuếch đại công suất có thể được phân loại như sau.

• Class A Power amplifier - Khi dòng điện cực thu chạy tại mọi thời điểm trong toàn bộ chu kỳ của tín hiệu, bộ khuếch đại công suất được gọi là class A power amplifier.

• Class B Power amplifier - Khi dòng điện thu chỉ chạy trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào, bộ khuếch đại công suất được gọi là class B power amplifier.

• Class C Power amplifier - Khi dòng điện góp chạy trong ít hơn nửa chu kỳ của tín hiệu đầu vào, bộ khuếch đại công suất được gọi là class C power amplifier.

Có một bộ khuếch đại khác được gọi là bộ khuếch đại Class AB, nếu chúng ta kết hợp bộ khuếch đại lớp A và lớp B để tận dụng những ưu điểm của cả hai.

Trước khi đi vào chi tiết của các bộ khuếch đại này, chúng ta hãy xem xét các thuật ngữ quan trọng phải được xem xét để xác định hiệu quả của một bộ khuếch đại.

Điều khoản Xem xét Hiệu suất

Mục tiêu chính của bộ khuếch đại công suất là đạt được công suất đầu ra tối đa. Để đạt được điều này, các yếu tố quan trọng cần được xem xét là hiệu suất bộ thu, khả năng tiêu tán công suất và độ méo. Hãy để chúng tôi đi qua chúng một cách chi tiết.

Hiệu quả của bộ sưu tập

Điều này giải thích cách một bộ khuếch đại chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC. Khi nguồn cung cấp DC được cung cấp bởi pin nhưng không có đầu vào tín hiệu AC, đầu ra bộ thu ở điều kiện như vậy được quan sát nhưcollector efficiency.

Hiệu suất bộ thu được định nghĩa là

$$\eta = \frac{average\: a.c \: power \: output}{average \: d.c \: power\: input\: to \: transistor}$$

Ví dụ: nếu pin cấp 15W và nguồn ra AC là 3W. Khi đó hiệu suất của bóng bán dẫn sẽ là 20%.

Mục đích chính của bộ khuếch đại công suất là đạt được hiệu suất bộ thu cực đại. Do đó, giá trị của hiệu suất bộ thu càng cao, bộ khuếch đại sẽ càng hiệu quả.

Công suất tiêu tán điện

Mọi bóng bán dẫn đều nóng lên trong quá trình hoạt động của nó. Khi một bóng bán dẫn công suất xử lý dòng điện lớn, nó sẽ nóng lên nhiều hơn. Nhiệt này làm tăng nhiệt độ của bóng bán dẫn, làm thay đổi điểm hoạt động của bóng bán dẫn.

Vì vậy, để duy trì sự ổn định của điểm hoạt động, nhiệt độ của bóng bán dẫn phải được giữ trong giới hạn cho phép. Vì vậy, nhiệt tạo ra phải được tiêu tán. Công suất như vậy được gọi là Khả năng tiêu tán công suất.

Power dissipation capabilitycó thể được định nghĩa là khả năng của một bóng bán dẫn công suất để tiêu tán nhiệt phát triển trong nó. Vỏ kim loại được gọi là tản nhiệt được sử dụng để tản nhiệt tạo ra trong các bóng bán dẫn điện.

Méo mó

Một bóng bán dẫn là một thiết bị phi tuyến tính. Khi so sánh với đầu vào, có rất ít sự thay đổi trong đầu ra. Trong bộ khuếch đại điện áp, vấn đề này không chiếm ưu thế trước khi sử dụng dòng điện nhỏ. Nhưng trong các bộ khuếch đại công suất, khi sử dụng dòng điện lớn, vấn đề méo chắc chắn phát sinh.

Distortionđược định nghĩa là sự thay đổi hình dạng sóng đầu ra từ hình dạng sóng đầu vào của bộ khuếch đại. Một bộ khuếch đại có độ méo nhỏ hơn, tạo ra đầu ra tốt hơn và do đó được coi là hiệu quả.

Chúng ta đã tìm hiểu chi tiết về xu hướng bóng bán dẫn, điều này rất quan trọng đối với hoạt động của bóng bán dẫn như một bộ khuếch đại. Do đó, để đạt được độ khuếch đại trung thực, xu hướng của bóng bán dẫn phải được thực hiện sao cho bộ khuếch đại hoạt động trên vùng tuyến tính.

Bộ khuếch đại công suất Class A là bộ khuếch đại công suất trong đó dòng điện đầu ra chạy trong toàn bộ chu kỳ của nguồn cung cấp đầu vào AC. Do đó, tín hiệu hoàn chỉnh có ở đầu vào được khuếch đại ở đầu ra. Hình sau cho thấy sơ đồ mạch cho bộ khuếch đại công suất Class A.

Từ hình trên, có thể quan sát rằng máy biến áp có mặt ở cực thu như một phụ tải. Việc sử dụng máy biến áp cho phép phù hợp trở kháng, dẫn đến việc chuyển tải công suất tối đa cho tải, ví dụ như loa lớn.

Điểm hoạt động của bộ khuếch đại này nằm trong vùng tuyến tính. Nó được chọn để dòng điện chạy trong toàn bộ chu kỳ đầu vào xoay chiều. Hình dưới đây giải thích việc lựa chọn điểm vận hành.

Các đặc tính đầu ra với điểm hoạt động Q được thể hiện trong hình trên. Ở đây (I _c ) _Q và (V _ce ) _Q đại diện cho không có dòng thu tín hiệu và điện áp giữa bộ thu và bộ phát tương ứng. Khi tín hiệu được áp dụng, điểm Q chuyển sang Q ₁ và Q ₂ . Dòng đầu ra tăng đến (I _c ) _max và giảm xuống (I _c ) _min . Tương tự, điện áp cực thu-phát tăng đến (V _ce ) _{cực đại} và giảm xuống (V _ce ) _min .

Nguồn DC được lấy từ pin cực thu V _cc được cung cấp bởi

$$P_{in} = voltage \times current = V_{CC}(I_C)_Q$$

Sức mạnh này được sử dụng trong hai phần sau:

• Công suất tiêu tán trong tải thu khi nhiệt được cung cấp bởi

$$P_{RC} = (current)^2 \times resistance = (I_C)^2_Q R_C$$

• Công suất cung cấp cho bóng bán dẫn được cung cấp bởi

$$P_{tr} = P_{in} - P_{RC} = V_{CC} - (I_C)^2_Q R_C$$

Khi tín hiệu được áp dụng, công suất cấp cho bóng bán dẫn được sử dụng trong hai phần sau:

• Nguồn AC được phát triển trên các điện trở tải RC tạo thành đầu ra nguồn xoay chiều.

  $$(P_O)_{ac} = I^2 R_C = \frac{V^2}{R_C} = \left ( \frac{V_m}{\sqrt{2}}\right )^2 \frac{1}{R_C} = \frac{V_m^2}{2R_C}$$

  Ở đâu I là giá trị RMS của dòng điện đầu ra xoay chiều qua tải, V là giá trị RMS của điện áp xoay chiều và V_m là giá trị lớn nhất của V.

• Năng lượng một chiều được tiêu tán bởi bóng bán dẫn (vùng thu) dưới dạng nhiệt, tức là (P _C ) _dc

Chúng tôi đã biểu diễn toàn bộ dòng công suất trong sơ đồ sau.

Bộ khuếch đại công suất lớp A này có thể khuếch đại tín hiệu nhỏ với độ méo ít nhất và đầu ra sẽ là bản sao chính xác của đầu vào với cường độ tăng lên.

Let us now try to draw some expressions to represent efficiencies.

Hiệu quả tổng thể

Hiệu suất chung của mạch khuếch đại được cho bởi

$$(\eta)_{overall} = \frac{a.c \: power \:delivered\: to \: the\: load}{total \: power\: delivered \: by \: d.c\: supply}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

Hiệu quả của bộ sưu tập

Hiệu suất bộ thu của bóng bán dẫn được định nghĩa là

$$(\eta)_{collector} = \frac{average\: a.c \: power \:output}{average \:d.c\: power\: input\: to\: transistor}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$$

Biểu hiện cho hiệu quả tổng thể

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms}$$

$$= \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] \times \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2}\right ]$$

$$= \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8}$$

vì thế

$$(\eta)_{overall} = \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8 \times V_{CC} (I_C)_Q}$$

Ưu điểm của Bộ khuếch đại Class A

Ưu điểm của bộ khuếch đại công suất Class A như sau:

• Dòng điện chạy cho chu trình đầu vào hoàn chỉnh
• Nó có thể khuếch đại các tín hiệu nhỏ
• Đầu ra giống như đầu vào
• Không có biến dạng hiện tại

Nhược điểm của Bộ khuếch đại Class A

Ưu điểm của bộ khuếch đại công suất Class A như sau:

• Sản lượng điện thấp
• Hiệu suất bộ thu thấp

Bộ khuếch đại công suất lớp A như đã thảo luận trong chương trước, là mạch trong đó dòng điện đầu ra chạy trong toàn bộ chu kỳ của nguồn cung cấp đầu vào AC. Chúng tôi cũng đã tìm hiểu về những nhược điểm của nó như công suất đầu ra và hiệu suất thấp. Để giảm thiểu những ảnh hưởng đó, bộ khuếch đại công suất loại A kết hợp biến áp đã được giới thiệu.

Các construction of class A power amplifiercó thể được hiểu với sự trợ giúp của hình dưới đây. Điều này tương tự như mạch khuếch đại bình thường nhưng được kết nối với một máy biến áp trong tải thu.

Ở đây R ₁ và R ₂ cung cấp sự sắp xếp bộ chia tiềm năng. Điện trở Re cung cấp ổn định, C _e là tụ điện rẽ nhánh và R _e để ngăn điện áp xoay chiều. Máy biến áp sử dụng ở đây là máy biến áp hạ bậc.

Sơ cấp trở kháng cao của máy biến áp được nối với mạch thu trở kháng cao. Trở kháng thứ cấp thấp được kết nối với tải (nói chung là loa lớn).

Hành động biến áp

Máy biến áp được sử dụng trong mạch thu là để kết hợp trở kháng. R _L là tải nối ở thứ cấp của máy biến áp. R _L 'là tải phản xạ trong sơ cấp của máy biến áp.

Số vòng dây của cuộn sơ cấp là n ₁ và số vòng của cuộn thứ cấp là n ₂ . Gọi V ₁ và V _{2 lần lượt} là điện áp sơ cấp và thứ cấp và I ₁ và I ₂ lần lượt là cường độ dòng điện sơ cấp và thứ cấp. Hình dưới đây cho thấy rõ máy biến áp.

Chúng ta biết rằng

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2}\: and\: \frac{I_1}{I_2} = \frac{n_1}{n_2}$$

Hoặc là

$$V_1 = \frac{n_1}{n_2}V_2 \: and\: I_1 = \frac{n_1}{n_2}I_2$$

Vì thế

$$\frac{V_1}{I_1} = \left ( \frac{n_1}{n_2} \right )^2 \frac{V_2}{I_2}$$

Nhưng V ₁ / I ₁ = R _L '= điện trở đầu vào hiệu quả

Và V ₂ / I ₂ = R _L = điện trở đầu ra hiệu quả

Vì thế,

$$R_L’ = \left ( \frac{n_1}{n_2}\right )^2 R_L = n^2 R_L$$

Ở đâu

$$n = \frac{number \: of \: turns \: in \: primary}{number\: of\: turns\: in\: secondary} = \frac{n_1}{n_2}$$

Bộ khuếch đại công suất có thể được kết hợp bằng cách sử dụng tỷ lệ rẽ thích hợp trong biến áp bước xuống.

Hoạt động mạch

Nếu giá trị đỉnh của dòng thu do tín hiệu bằng dòng thu tín hiệu bằng 0, thì công suất điện xoay chiều lớn nhất thu được. Vì vậy, để đạt được sự khuếch đại hoàn toàn, điểm hoạt động nên nằm ở tâm của đường tải.

Điểm hoạt động rõ ràng thay đổi khi tín hiệu được áp dụng. Điện áp bộ góp thay đổi ngược pha với dòng điện cực thu. Sự biến thiên của điện áp bộ góp xuất hiện trên cuộn sơ cấp của máy biến áp.

Mạch phân tích

Tổn thất công suất trong cuộn sơ cấp được cho là không đáng kể, vì điện trở của nó rất nhỏ.

Công suất đầu vào trong điều kiện dc sẽ là

$$(P_{in})_{dc} = (P_{tr})_{dc} = V_{CC} \times (I_C)_Q$$

Dưới công suất tối đa của bộ khuếch đại loại A, điện áp thay đổi từ (V _ce ) _{cực đại} đến không và dòng điện từ (I _c ) _{cực đại} về không.

Vì thế

$$V_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(V_{ce})_{max}}{2}\right ] = \frac{2V_{CC}}{2\sqrt{2}} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}}$$

$$I_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(I_C)_{max}}{2}\right ] = \frac{2(I_C)_Q}{2\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}}$$

Vì thế,

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} \times \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2}$$

Vì thế,

Hiệu quả thu thập = $\frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$

Hoặc là,

$$(\eta)_{collector} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2 \times V_{CC} \times (I_C)_Q} = \frac{1}{2}$$

$$= \frac{1}{2} \times 100 = 50\%$$

Hiệu suất của bộ khuếch đại công suất loại A là gần 30% trong khi nó đã được cải thiện lên 50% bằng cách sử dụng bộ khuếch đại công suất loại A kết hợp biến áp.

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ khuếch đại công suất loại A được ghép nối với biến áp như sau.

• Không bị mất nguồn tín hiệu trong các điện trở đế hoặc bộ thu.
• Kết hợp trở kháng tuyệt vời đạt được.
• Lợi nhuận cao.
• Cách ly DC được cung cấp.

Nhược điểm

Các nhược điểm của bộ khuếch đại công suất loại A ghép biến áp như sau.

• Các tín hiệu tần số thấp ít được khuếch đại hơn.
• Tiếng ồn Hum được giới thiệu bởi máy biến áp.
• Máy biến áp cồng kềnh và tốn kém.
• Đáp ứng tần số kém.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của bộ khuếch đại công suất loại A được ghép nối với máy biến áp như sau.

• Mạch này là nơi kết hợp trở kháng là tiêu chí chính.

• Chúng được sử dụng như bộ khuếch đại trình điều khiển và đôi khi là bộ khuếch đại đầu ra.

Cho đến nay, chúng ta đã thấy hai loại bộ khuếch đại công suất loại A. Các vấn đề chính cần được xử lý là sản lượng điện và hiệu suất thấp. Có thể đạt được hiệu suất và công suất đầu ra lớn hơn của bộ khuếch đại Class A bằng cách sử dụng cặp bóng bán dẫn kết hợp được gọi làPush-Pull cấu hình.

Trong mạch này, chúng tôi sử dụng hai bóng bán dẫn bổ sung ở giai đoạn đầu ra với một bóng bán dẫn là loại kênh NPN hoặc N trong khi bóng bán dẫn còn lại là loại PNP hoặc kênh P (bổ sung) được kết nối để vận hành chúng như PUSH a transistor to ON và PULL another transistor to OFFđồng thời. Cấu hình đẩy kéo này có thể được thực hiện trong các bộ khuếch đại class A, class B, class C hoặc class AB.

Cấu tạo của Bộ khuếch đại công suất loại A đẩy kéo

Cấu tạo của mạch khuếch đại công suất lớp A trong cấu hình push-pull được thể hiện như trong hình bên dưới. Sự sắp xếp này chủ yếu làm giảm sự biến dạng hài do tính phi tuyến tính của các đặc tính truyền của bộ khuếch đại bóng bán dẫn đơn.

Trong cách sắp xếp Push-pull, hai bóng bán dẫn giống hệt nhau T ₁ và T ₂ bị ngắn mạch cực phát của chúng. Tín hiệu đầu vào được áp dụng cho các bóng bán dẫn thông qua máy biến áp T _r1 cung cấp tín hiệu phân cực ngược lại cho cả hai đế bóng bán dẫn. Các cực thu của cả hai bóng bán dẫn được nối với sơ cấp của máy biến áp đầu ra T _r2 . Cả hai máy biến áp đều được khai thác ở giữa. Nguồn V _CC được cung cấp cho bộ thu của cả hai bóng bán dẫn thông qua sơ cấp của máy biến áp đầu ra.

Các điện trở R ₁ và R ₂ cung cấp sự sắp xếp xu hướng. Tải thường là một loa được kết nối qua thứ cấp của máy biến áp đầu ra. Tỷ lệ vòng của máy biến áp đầu ra được chọn sao cho tải phù hợp tốt với trở kháng đầu ra của bóng bán dẫn. Vì vậy, công suất cực đại được cung cấp cho tải bởi bộ khuếch đại.

Hoạt động mạch

Đầu ra được thu từ máy biến áp đầu ra T _r2 . Sơ cấp của máy biến áp T _r2 này thực tế không có thành phần một chiều nào qua nó. Các bóng bán dẫn T ₁ và T ₂ có các cực thu của chúng được nối với cuộn sơ cấp của máy biến áp T _r2 sao cho dòng của chúng có cường độ bằng nhau và chảy ngược chiều nhau qua cuộn sơ cấp của máy biến áp T _r2 .

Khi tín hiệu đầu vào xoay chiều được áp dụng, chân của bóng bán dẫn T ₁ tích cực hơn trong khi chân của bóng bán dẫn T ₂ kém tích cực hơn. Do đó dòng điện góp i _c1 của bóng bán dẫn T ₁ tăng lên trong khi dòng điện góp i _c2 của bóng bán dẫn T ₂ giảm. Các dòng điện này chảy theo hướng ngược nhau trong hai nửa của cuộn sơ cấp của máy biến áp đầu ra. Hơn nữa, từ thông tạo ra bởi các dòng điện này cũng sẽ có hướng ngược nhau.

Do đó, điện áp trên tải sẽ là điện áp cảm ứng mà độ lớn của nó sẽ tỷ lệ với sự khác biệt của dòng điện góp tức là

$$(i_{c1} - i_{c2})$$

Tương tự, đối với tín hiệu đầu vào âm, dòng thu i _c2 sẽ nhiều hơn i _c1 . Trong trường hợp này, điện áp phát triển trên tải một lần nữa sẽ do sự khác biệt

$$(i_{c1} - i_{c2})$$

Như $i_{c2} > i_{c1}$

Cực tính của điện áp gây ra trên tải sẽ bị đảo ngược.

$$i_{c1} - i_{c2} = i_{c1} + (-i_{c2})$$

Để hiểu rõ hơn, chúng ta hãy xem xét hình dưới đây.

Hoạt động tổng thể dẫn đến một điện áp xoay chiều được tạo ra trong thứ cấp của máy biến áp đầu ra và do đó điện xoay chiều được cung cấp cho tải đó.

Điều này được hiểu rằng, trong bất kỳ nửa chu kỳ nhất định của tín hiệu đầu vào, một bóng bán dẫn đang được dẫn (hoặc đẩy) sâu vào trong quá trình dẫn điện trong khi bóng bán dẫn kia không dẫn điện (kéo ra). Do đó tênPush-pull amplifier. Sự biến dạng hài trong bộ khuếch đại Push-pull được giảm thiểu để loại bỏ tất cả các sóng hài đồng đều.

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ khuếch đại đẩy kéo hạng A như sau

• Đầu ra ac cao thu được.

• Đầu ra không có sóng hài.

• Hiệu ứng của điện áp gợn sóng được cân bằng. Những thứ này hiện diện trong nguồn điện do lọc không đủ.

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ khuếch đại đẩy kéo hạng A như sau

• Các bóng bán dẫn phải giống hệt nhau, để tạo ra độ khuếch đại như nhau.
• Điều chỉnh tâm là bắt buộc đối với máy biến áp.
• Máy biến áp cồng kềnh và tốn kém.

Khi dòng điện thu chỉ chạy trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào, bộ khuếch đại công suất được gọi là class B power amplifier.

Hoạt động cấp B

Xu hướng của bóng bán dẫn trong hoạt động lớp B là theo cách mà ở điều kiện tín hiệu bằng không, sẽ không có dòng thu. Cácoperating pointđược chọn ở điện áp cắt bộ góp. Vì vậy, khi tín hiệu được áp dụng,only the positive half cycle được khuếch đại ở đầu ra.

Hình dưới đây cho thấy các dạng sóng đầu vào và đầu ra trong quá trình hoạt động của lớp B.

Khi tín hiệu được áp dụng, mạch được phân cực thuận trong nửa chu kỳ dương của đầu vào và do đó dòng điện thu chạy. Nhưng trong nửa chu kỳ âm của đầu vào, mạch được phân cực ngược và dòng điện góp sẽ không có. Vì thếonly the positive half cycle được khuếch đại ở đầu ra.

Khi nửa chu kỳ âm hoàn toàn không có, độ méo tín hiệu sẽ cao. Ngoài ra, khi tín hiệu được áp dụng tăng lên, công suất tiêu tán sẽ nhiều hơn. Nhưng khi so sánh với bộ khuếch đại công suất loại A, hiệu suất đầu ra được tăng lên.

Vâng, để giảm thiểu những nhược điểm và đạt được độ méo tiếng thấp, hiệu suất cao và công suất đầu ra cao, cấu hình đẩy kéo được sử dụng trong bộ khuếch đại lớp B này.

Bộ khuếch đại đẩy kéo loại B

Mặc dù hiệu suất của bộ khuếch đại công suất loại B cao hơn loại A, vì chỉ sử dụng một nửa chu kỳ của đầu vào nên độ méo cao. Ngoài ra, nguồn điện đầu vào không được sử dụng hoàn toàn. Để bù đắp những vấn đề này, cấu hình push-pull được giới thiệu trong bộ khuếch đại lớp B.

Xây dựng

Mạch của một bộ khuếch đại công suất đẩy kéo loại B bao gồm hai bóng bán dẫn giống nhau T ₁ và T ₂ có các chân đế được nối với thứ cấp của máy biến áp đầu vào có _{nấc điều chỉnh tâm} T _r1 . Các bộ phát bị nối tắt và bộ thu được cung cấp nguồn V _CC thông qua sơ cấp của máy biến áp đầu ra T _r2 .

Sự sắp xếp mạch của bộ khuếch đại đẩy kéo lớp B, giống như của bộ khuếch đại đẩy kéo lớp A ngoại trừ việc các bóng bán dẫn được phân cực khi bị cắt, thay vì sử dụng điện trở phân cực. Hình bên dưới mô tả chi tiết cấu tạo của một bộ khuếch đại công suất đẩy-kéo lớp B.

Hoạt động mạch của bộ khuếch đại kéo đẩy lớp B được trình bày chi tiết dưới đây.

Hoạt động

Mạch của bộ khuếch đại đẩy kéo lớp B thể hiện trong hình trên rõ ràng rằng cả hai máy biến áp đều được điều chỉnh ở giữa. Khi không có tín hiệu nào được áp dụng ở đầu vào, các bóng bán dẫn T ₁ và T ₂ ở trong tình trạng bị cắt và do đó không có dòng điện thu. Vì không có dòng điện nào được lấy ra từ V _CC , nên không có điện năng nào bị lãng phí.

Khi tín hiệu đầu vào được đưa ra, nó được đưa vào máy biến áp đầu vào T _r1 để tách tín hiệu thành hai tín hiệu lệch pha với nhau 180 ^o . Hai tín hiệu này được đưa đến hai bóng bán dẫn giống hệt nhau T ₁ và T ₂ . Đối với nửa chu kỳ dương, chân đế của bóng bán dẫn T ₁ trở nên tích cực và dòng điện thu chạy. Đồng thời, bóng bán dẫn T ₂ có nửa chu kỳ âm, điều này đẩy bóng bán dẫn T ₂ vào tình trạng cắt và do đó không có dòng điện góp nào chạy. Dạng sóng được tạo ra như trong hình sau.

Trong nửa chu kỳ tiếp theo, bóng bán dẫn T ₁ ở trạng thái bị cắt và bóng bán dẫn T ₂ chuyển sang trạng thái dẫn, để đóng góp đầu ra. Do đó đối với cả hai chu kỳ, mỗi bóng bán dẫn dẫn luân phiên. Biến áp đầu ra T _r3 phục vụ tham gia hai dòng điện tạo ra dạng sóng đầu ra gần như không bị biến dạng.

Hiệu suất năng lượng của Bộ khuếch đại đẩy kéo loại B

Dòng điện trong mỗi bóng bán dẫn là giá trị trung bình của nửa vòng sin.

Đối với nửa vòng lặp sin, tôi _dc được cho bởi

$$I_{dc} = \frac{(I_C)_{max}}{\pi}$$

Vì thế,

$$(p_{in})_{dc} = 2 \times \left [ \frac{(I_C)_{max}}{\pi} \times V_{CC} \right ]$$

Ở đây yếu tố 2 được giới thiệu vì có hai bóng bán dẫn trong bộ khuếch đại đẩy kéo.

Giá trị RMS của dòng thu = $(I_C)_{max}/ \sqrt{2}$

Giá trị RMS của điện áp đầu ra = $V_{CC} / \sqrt{2}$

Trong điều kiện lý tưởng của công suất cực đại

Vì thế,

$$(P_O)_{ac} = \frac{(I_C)_{max}}{\sqrt{2}} \times \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2}$$

Bây giờ hiệu quả tổng thể tối đa

$$\eta_{overall} = \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

$$= \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2} \times \frac{\pi}{2 (I_C)_{max} \times V_{CC}}$$

$$= \frac{\pi}{4} = 0.785 = 78.5\%$$

Hiệu suất bộ thu sẽ giống nhau.

Do đó, bộ khuếch đại đẩy kéo hạng B cải thiện hiệu quả hơn so với bộ khuếch đại đẩy kéo hạng A.

Bộ khuếch đại đẩy-kéo Class B bổ sung đối xứng

Bộ khuếch đại kéo đẩy vừa được thảo luận cải thiện hiệu suất nhưng việc sử dụng máy biến áp trung tâm làm cho mạch cồng kềnh, nặng và tốn kém. Để làm cho mạch đơn giản và nâng cao hiệu suất, các bóng bán dẫn được sử dụng có thể được bổ sung, như thể hiện trong sơ đồ mạch sau đây.

Mạch trên sử dụng bóng bán dẫn NPN và bóng bán dẫn PNP được kết nối trong cấu hình kéo đẩy. Khi tín hiệu đầu vào được áp dụng, trong nửa chu kỳ tích cực của tín hiệu đầu vào, bóng bán dẫn NPN dẫn và bóng bán dẫn PNP cắt. Trong nửa chu kỳ âm, bóng bán dẫn NPN cắt và bóng bán dẫn PNP dẫn điện.

Bằng cách này, bóng bán dẫn NPN khuếch đại trong nửa chu kỳ dương của đầu vào, trong khi bóng bán dẫn PNP khuếch đại trong nửa chu kỳ âm của đầu vào. Vì các bóng bán dẫn đều bổ sung cho nhau, nhưng hoạt động đối xứng trong khi được kết nối trong cấu hình kéo đẩy của lớp B, mạch này được gọi làComplementary symmetry push pull class B amplifier.

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ khuếch đại đẩy kéo lớp B bổ sung đối xứng như sau.

• Vì không cần máy biến áp có tâm điều chỉnh, trọng lượng và chi phí được giảm xuống.

• Không yêu cầu điện áp tín hiệu đầu vào bằng nhau và ngược chiều.

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ khuếch đại đẩy kéo lớp B đối xứng bổ sung như sau.

• Rất khó để có được một cặp bóng bán dẫn (NPN và PNP) có đặc điểm giống nhau.

• Chúng tôi yêu cầu cả điện áp cung cấp dương và âm.

Bộ khuếch đại lớp A và lớp B được thảo luận cho đến nay có một số hạn chế. Bây giờ chúng ta hãy thử kết hợp hai thứ này để tạo ra một mạch mới có tất cả các ưu điểm của cả bộ khuếch đại lớp A và lớp B mà không có sự kém hiệu quả của chúng. Trước đó, chúng ta cũng hãy xem xét một vấn đề quan trọng khác, có tênCross over distortion, đầu ra của lớp B gặp phải.

Biến dạng chéo

Trong cấu hình push-pull, hai bóng bán dẫn giống nhau đi vào dẫn điện, cái này nối tiếp nhau và đầu ra được tạo ra sẽ là sự kết hợp của cả hai.

Khi tín hiệu thay đổi hoặc chuyển từ bóng bán dẫn này sang bóng bán dẫn khác ở điểm điện áp 0, nó tạo ra một lượng biến dạng đối với hình dạng sóng đầu ra. Đối với một bóng bán dẫn để dẫn điện, điểm giao nhau của bộ phát cơ sở phải vượt qua 0,7v, điện áp bị cắt. Thời gian cần thiết để một bóng bán dẫn BẬT từ trạng thái TẮT hoặc TẮT từ trạng thái BẬT được gọi làtransition period.

Tại điểm điện áp bằng không, khoảng thời gian chuyển tiếp chuyển đổi giữa các bóng bán dẫn từ bóng bán dẫn này sang bóng bán dẫn khác, có tác dụng dẫn đến trường hợp cả hai bóng bán dẫn đều TẮT cùng một lúc. Những trường hợp như vậy có thể được gọi làFlat spot hoặc là Dead band trên hình dạng sóng đầu ra.

Hình trên cho thấy rõ ràng sự biến dạng chéo nổi bật trong dạng sóng đầu ra. Đây là bất lợi chính. Hiệu ứng biến dạng chéo này cũng làm giảm giá trị đỉnh tổng thể xuống giá trị đỉnh của dạng sóng đầu ra, do đó làm giảm công suất đầu ra tối đa. Có thể hiểu rõ hơn điều này thông qua đặc tính phi tuyến tính của dạng sóng như hình dưới đây.

Điều này được hiểu rằng sự biến dạng chéo này ít rõ ràng hơn đối với các tín hiệu đầu vào lớn, vì nó gây ra nhiễu loạn nghiêm trọng đối với các tín hiệu đầu vào nhỏ. Sự biến dạng chéo này có thể được loại bỏ nếu độ dẫn của bộ khuếch đại hơn một nửa chu kỳ, do đó cả hai bóng bán dẫn sẽ không TẮT cùng một lúc.

Ý tưởng này dẫn đến việc phát minh ra bộ khuếch đại lớp AB, là sự kết hợp của cả bộ khuếch đại lớp A và lớp B, như được thảo luận dưới đây.

Bộ khuếch đại công suất Class AB

Như tên của nó, lớp AB là sự kết hợp của loại bộ khuếch đại loại A và loại B. Vì lớp A có vấn đề về hiệu suất thấp và lớp B có vấn đề về biến dạng, lớp AB này được xuất hiện để loại bỏ hai vấn đề này, bằng cách sử dụng những ưu điểm của cả hai lớp.

Sự biến dạng chéo là vấn đề xảy ra khi cả hai bóng bán dẫn TẮT cùng một lúc, trong giai đoạn chuyển tiếp. Để loại bỏ điều này, điều kiện phải được chọn trong hơn một nửa chu kỳ. Do đó, bóng bán dẫn khác được dẫn điện, trước khi bóng bán dẫn hoạt động chuyển sang trạng thái ngắt. Điều này chỉ đạt được bằng cách sử dụng cấu hình lớp AB, như thể hiện trong sơ đồ mạch sau.

Do đó, trong thiết kế bộ khuếch đại lớp AB, mỗi bóng bán dẫn đẩy kéo đang dẫn trong hơn một nửa chu kỳ dẫn ở lớp B, nhưng ít hơn nhiều so với toàn bộ chu kỳ dẫn của lớp A.

Góc dẫn của bộ khuếch đại lớp AB nằm trong khoảng từ 180 ^o đến 360 ^o tùy thuộc vào điểm hoạt động được chọn. Điều này được hiểu với sự trợ giúp của hình dưới đây.

Điện áp phân cực nhỏ được đưa ra bằng cách sử dụng điốt D ₁ và D ₂ , như thể hiện trong hình trên, giúp điểm hoạt động nằm trên điểm cắt. Do đó, dạng sóng đầu ra của lớp AB cho kết quả như trong hình trên. Sự biến dạng chéo do lớp B tạo ra được khắc phục bởi lớp AB này, cũng như sự kém hiệu quả của lớp A và B không ảnh hưởng đến mạch.

Vì vậy, lớp AB là sự dung hòa tốt giữa lớp A và lớp B về hiệu suất và độ tuyến tính có hiệu suất đạt khoảng 50% đến 60%. Các bộ khuếch đại lớp A, B và AB được gọi làlinear amplifiers bởi vì biên độ và pha của tín hiệu đầu ra có quan hệ tuyến tính với biên độ và pha của tín hiệu đầu vào.

Bộ khuếch đại công suất Class C

Khi dòng điện thu chạy trong ít hơn nửa chu kỳ của tín hiệu đầu vào, bộ khuếch đại công suất được gọi là class C power amplifier.

Hiệu quả của bộ khuếch đại lớp C cao trong khi độ tuyến tính kém. Góc dẫn của lớp C nhỏ hơn 180 ^o . Nó thường là khoảng 90 ^o , có nghĩa là bóng bán dẫn vẫn ở chế độ chờ hơn một nửa tín hiệu đầu vào. Vì vậy, dòng điện đầu ra sẽ được phân phối trong thời gian ngắn hơn so với việc áp dụng tín hiệu đầu vào.

Hình dưới đây cho thấy điểm hoạt động và đầu ra của bộ khuếch đại lớp C.

Loại xu hướng này mang lại hiệu quả được cải thiện nhiều khoảng 80% cho bộ khuếch đại, nhưng gây ra sự biến dạng nặng trong tín hiệu đầu ra. Sử dụng bộ khuếch đại lớp C, các xung được tạo ra ở đầu ra của nó có thể được chuyển đổi thành sóng sin hoàn chỉnh của một tần số cụ thể bằng cách sử dụng các mạch LC trong mạch thu của nó.

Các loại bộ khuếch đại mà chúng ta đã thảo luận cho đến nay không thể hoạt động hiệu quả ở tần số vô tuyến, mặc dù chúng có tần số âm thanh tốt. Ngoài ra, độ lợi của các bộ khuếch đại này sẽ không thay đổi theo tần số của tín hiệu, trên một phạm vi rộng. Điều này cho phép khuếch đại tín hiệu tốt như nhau trên một dải tần số và không cho phép lựa chọn tần số mong muốn cụ thể trong khi từ chối các tần số khác.

Vì vậy, xảy ra nhu cầu về một mạch có thể chọn cũng như khuếch đại. Vì vậy, một mạch khuếch đại cùng với một lựa chọn, chẳng hạn như một mạch điều chỉnhTuned amplifier.

Bộ khuếch đại điều chỉnh là gì?

Bộ khuếch đại điều chỉnh là bộ khuếch đại được sử dụng cho mục đích tuning. Chỉnh có nghĩa là chọn. Trong số một tập hợp các tần số có sẵn, nếu có nhu cầu chọn một tần số cụ thể, đồng thời từ chối tất cả các tần số khác, quá trình như vậy được gọi làSelection. Lựa chọn này được thực hiện bằng cách sử dụng một mạch có tên làTuned circuit.

Khi một mạch khuếch đại được thay thế tải của nó bằng một mạch điều chỉnh, một bộ khuếch đại như vậy có thể được gọi là Tuned amplifier circuit. Mạch khuếch đại điều chỉnh cơ bản trông như hình dưới đây.

Mạch điều chỉnh không là gì ngoài mạch LC còn được gọi là resonant hoặc là tank circuit. Nó chọn tần số. Mạch điều chỉnh có khả năng khuếch đại tín hiệu qua một dải tần hẹp tập trung ở tần số cộng hưởng.

Khi điện kháng của cuộn cảm cân bằng với điện kháng của tụ điện, trong mạch điều chỉnh ở tần số nào đó, tần số như vậy có thể được gọi là resonant frequency. Nó được ký hiệu làf_r.

Công thức cộng hưởng là

$$2 \pi f_L = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Các loại mạch điều chỉnh

Mạch điều chỉnh có thể là Mạch điều chỉnh nối tiếp (Mạch cộng hưởng nối tiếp) hoặc Mạch điều chỉnh song song (mạch cộng hưởng song song) tùy theo kiểu kết nối của nó với mạch chính.

Mạch điều chỉnh loạt

Cuộn cảm và tụ điện mắc nối tiếp thành một mạch điều chỉnh nối tiếp, như hình vẽ trong sơ đồ mạch điện sau đây.

Ở tần số cộng hưởng, một mạch cộng hưởng nối tiếp cung cấp trở kháng thấp cho phép dòng điện cao chạy qua nó. Một mạch cộng hưởng nối tiếp cung cấp trở kháng ngày càng cao đối với các tần số xa tần số cộng hưởng.

Mạch điều chỉnh song song

Cuộn cảm và tụ điện được kết nối song song tạo thành một mạch điều chỉnh song song, như thể hiện trong hình dưới đây.

Ở tần số cộng hưởng, một mạch cộng hưởng song song cung cấp trở kháng cao không cho phép dòng điện cao chạy qua nó. Một mạch cộng hưởng song song cung cấp trở kháng ngày càng thấp đối với các tần số xa tần số cộng hưởng.

Đặc điểm của mạch điều chỉnh song song

Tần số xảy ra cộng hưởng song song (tức là thành phần phản kháng của dòng điện mạch trở thành 0) được gọi là tần số cộng hưởng f_r. Các đặc điểm chính của mạch điều chỉnh như sau.

Trở kháng

Tỷ số giữa điện áp cung cấp và cường độ dòng điện là tổng trở của mạch điều chỉnh. Trở kháng của mạch LC được cung cấp bởi

$$\frac{Supply \: voltage}{Line equation} = \frac{V}{I}$$

Khi cộng hưởng, dòng điện tăng trong khi trở kháng giảm.

Hình dưới đây biểu diễn đường cong trở kháng của mạch cộng hưởng song song.

Trở kháng của mạch giảm đối với các giá trị trên và dưới tần số cộng hưởng f_r. Do đó có thể lựa chọn một tần số cụ thể và loại bỏ các tần số khác.

Để có được một phương trình cho trở kháng của mạch, chúng ta hãy xem xét

Dòng hiện tại $I = I_L cos \phi$

$$\frac{V}{Z_r} = \frac{V}{Z_L} \times \frac{R}{Z_L}$$

$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{Z_L^2}$$

$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{L/C} = \frac{C R}{L}$$

Từ, $Z_L^2 = \frac{L}{C}$

Do đó, trở kháng của mạch Z _r thu được là

$$Z_R = \frac{L}{C R}$$

Do đó khi cộng hưởng song song, trở kháng của mạch bằng L / CR.

Mạch hiện tại

Tại cộng hưởng song song, mạch hoặc dòng điện I bằng điện áp đặt vào chia cho tổng trở Z _r tức là,

Dòng hiện tại $I = \frac{V}{Z_r}$

Ở đâu $Z_r = \frac{L}{C R}$

Bởi vì Z _r rất cao, dòng điện I sẽ rất nhỏ.

Yếu tố chất lượng

Đối với mạch cộng hưởng song song, độ sắc nét của đường cong cộng hưởng xác định độ chọn lọc. Điện trở của cuộn dây càng nhỏ thì đường cong cộng hưởng càng rõ nét. Do đó cảm kháng và điện trở của cuộn dây quyết định chất lượng của mạch điều chỉnh.

Tỷ số giữa điện kháng cảm ứng của cuộn dây khi cộng hưởng với điện trở của nó được gọi là Quality factor. Nó được ký hiệu làQ.

$$Q = \frac{X_L}{R} = \frac{2 \pi f_r L}{R}$$

Giá trị Q càng cao, đường cong cộng hưởng càng sắc nét và độ chọn lọc càng tốt.

Ưu điểm của Bộ khuếch đại điều chỉnh

Sau đây là những ưu điểm của bộ khuếch đại điều chỉnh.

• Việc sử dụng các thành phần phản kháng như L và C, giảm thiểu tổn thất điện năng, giúp các bộ khuếch đại điều chỉnh hoạt động hiệu quả.

• Độ chọn lọc và độ khuếch đại của tần số mong muốn cao, bằng cách cung cấp trở kháng cao hơn ở tần số cộng hưởng.

• Một nguồn cung cấp bộ thu nhỏ hơn VCC sẽ làm được, vì điện trở nhỏ của nó trong mạch điều chỉnh song song.

Điều quan trọng cần nhớ là những ưu điểm này không thể áp dụng khi có tải thu điện trở cao.

Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại điều chỉnh

Để một bộ khuếch đại hoạt động hiệu quả, độ lợi của nó phải cao. Độ lợi điện áp này phụ thuộc vào β, trở kháng đầu vào và tải thu. Tải thu trong bộ khuếch đại điều chỉnh là một mạch điều chỉnh.

Độ lợi điện áp của một bộ khuếch đại như vậy được cho bởi

Tăng điện áp = $\frac{\beta Z_C}{Z_{in}}$

Trong đó Z _C = tải thu hiệu dụng và Z _in = trở kháng đầu vào của bộ khuếch đại.

Giá trị của Z _C phụ thuộc vào tần số của bộ khuếch đại được điều chỉnh. Vì Z _C đạt cực đại ở tần số cộng hưởng, nên độ lợi của bộ khuếch đại là cực đại ở tần số cộng hưởng này.

Băng thông

Dải tần số mà tại đó mức tăng điện áp của bộ khuếch đại đã điều chỉnh giảm xuống 70,7% mức tăng tối đa được gọi là Bandwidth.

Dải tần số giữa f ₁ và f ₂ được gọi là băng thông của bộ khuếch đại điều chỉnh. Băng thông của bộ khuếch đại đã điều chỉnh phụ thuộc vào Q của mạch LC, tức là, độ sắc nét của đáp tuyến tần số. Giá trị của Q và độ rộng băng tần tỷ lệ nghịch.

Hình dưới đây trình bày chi tiết về băng thông và đáp tuyến tần số của bộ khuếch đại đã điều chỉnh.

Mối quan hệ giữa Q và băng thông

Hệ số chất lượng Q của băng thông được định nghĩa là tỷ số của tần số cộng hưởng trên băng thông, tức là

$$Q = \frac{f_r}{BW}$$

Nói chung, một mạch thực tế có giá trị Q của nó lớn hơn 10.

Trong điều kiện này, tần số cộng hưởng khi cộng hưởng song song được cho bởi

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Có hai loại bộ khuếch đại điều chỉnh chính. Họ là -

• Bộ khuếch đại điều chỉnh đơn
• Bộ khuếch đại điều chỉnh đôi

Bộ khuếch đại điều chỉnh đơn

Mạch khuếch đại có phần bộ chỉnh duy nhất nằm ở cực thu của mạch khuếch đại được gọi là mạch khuếch đại bộ chỉnh đơn.

Xây dựng

Một mạch khuếch đại bóng bán dẫn đơn giản bao gồm một mạch điều chỉnh song song trong tải thu của nó, tạo thành một mạch khuếch đại điều chỉnh duy nhất. Chọn các giá trị điện dung và độ tự cảm của mạch điều chỉnh sao cho tần số cộng hưởng của nó bằng tần số cần khuếch đại.

Sơ đồ mạch sau đây cho thấy một mạch khuếch đại điều chỉnh đơn.

Có thể lấy đầu ra từ tụ ghép C _C như hình trên hoặc từ cuộn thứ cấp đặt tại L.

Hoạt động

Tín hiệu tần số cao cần được khuếch đại được áp dụng ở đầu vào của bộ khuếch đại. Tần số cộng hưởng của mạch điều chỉnh song song được thực hiện bằng tần số của tín hiệu đặt vào bằng cách thay đổi giá trị điện dung của tụ điện C trong mạch điều chỉnh.

Ở giai đoạn này, mạch điều chỉnh cung cấp trở kháng cao đối với tần số tín hiệu, giúp cung cấp đầu ra cao trên mạch điều chỉnh. Vì trở kháng cao chỉ được cung cấp cho tần số đã điều chỉnh, nên tất cả các tần số khác có trở kháng thấp hơn sẽ bị loại bỏ bởi mạch điều chỉnh. Do đó bộ khuếch đại đã điều chỉnh sẽ chọn và khuếch đại tín hiệu tần số mong muốn.

Phản hồi thường xuyên

Hiện tượng cộng hưởng song song xảy ra ở tần số cộng hưởng f _r khi mạch có tần số cao Q. tần số cộng hưởng f _r cho bởi

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Đồ thị sau đây cho thấy đáp ứng tần số của một mạch khuếch đại điều chỉnh.

Ở tần số cộng hưởng f _r, tổng trở của mạch điều chỉnh song song rất lớn và hoàn toàn là điện trở. Do đó điện áp trên R _L đạt cực đại khi mạch được điều chỉnh đến tần số cộng hưởng. Do đó mức tăng điện áp là cực đại ở tần số cộng hưởng và giảm xuống trên và dưới tần số đó. Q càng cao thì đường cong càng hẹp.

Bộ khuếch đại điều chỉnh đôi

Một mạch khuếch đại có phần bộ điều chỉnh kép ở cực thu của mạch khuếch đại được gọi là mạch khuếch đại bộ điều chỉnh đôi.

Xây dựng

Cấu tạo của bộ khuếch đại điều chỉnh đôi được hiểu bằng cách xem hình sau. Mạch này bao gồm hai mạch điều chỉnh L ₁ C ₁ và L ₂ C ₂ trong phần thu của bộ khuếch đại. Tín hiệu ở đầu ra của mạch điều chỉnh L ₁ C ₁ được ghép với mạch điều chỉnh khác L ₂ C ₂ thông qua phương pháp ghép nối lẫn nhau. Các chi tiết mạch còn lại giống như trong mạch khuếch đại điều chỉnh đơn, như sơ đồ mạch điện sau đây.

Hoạt động

Tín hiệu tần số cao cần được khuếch đại được đưa đến đầu vào của bộ khuếch đại. Mạch điều chỉnh L ₁ C ₁ được điều chỉnh đến tần số tín hiệu đầu vào. Ở điều kiện này, mạch điều chỉnh cung cấp điện trở cao đối với tần số tín hiệu. Do đó, công suất lớn xuất hiện ở đầu ra của mạch điều chỉnh L ₁ C ₁ , sau đó được ghép với mạch điều chỉnh khác L ₂ C ₂ thông qua cảm ứng lẫn nhau. Các mạch điều chỉnh kép này được sử dụng rộng rãi để ghép nối các mạch khác nhau của máy thu thanh và truyền hình.

Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại điều chỉnh kép

Bộ khuếch đại điều chỉnh đôi có tính năng đặc biệt là couplingđiều quan trọng trong việc xác định đáp ứng tần số của bộ khuếch đại. Độ tự cảm lẫn nhau giữa hai đầu mạch điều chỉnh nói lên mức độ ghép nối, xác định tần số đáp ứng của mạch.

Để có ý tưởng về tính chất điện cảm lẫn nhau, chúng ta hãy xem xét nguyên tắc cơ bản.

Cảm lẫn nhau

Khi cuộn dây mang dòng điện tạo ra một số từ trường xung quanh nó, nếu một cuộn dây khác được đưa đến gần cuộn dây này, sao cho nó nằm trong vùng từ thông của cuộn sơ cấp, thì từ thông thay đổi tạo ra EMF trong cuộn thứ hai. Nếu cuộn dây đầu tiên này được gọi làPrimary coil, cái thứ hai có thể được gọi là Secondary coil.

Khi EMF được cảm ứng trong cuộn thứ cấp do từ trường thay đổi của cuộn sơ cấp, thì hiện tượng đó được gọi là Mutual Inductance.

Hình dưới đây cho ta một ý tưởng về điều này.

Hiện tại i_s trong hình chỉ ra nguồn hiện tại trong khi i_indcho biết cường độ dòng điện cảm ứng. Từ thông biểu thị từ thông tạo ra xung quanh cuộn dây. Điều này cũng lan truyền đến cuộn dây thứ cấp.

Với ứng dụng của điện áp, dòng điện i_scác dòng chảy và thông lượng được tạo ra. Khi dòng điện thay đổi, thông lượng sẽ thay đổi, tạo rai_ind ở cuộn thứ cấp, do tính chất cảm kháng lẫn nhau.

Khớp nối

Theo khái niệm ghép điện cảm lẫn nhau sẽ như trong hình dưới đây.

Khi các cuộn dây được đặt cách nhau, các liên kết từ thông của cuộn sơ cấp L ₁ sẽ không liên kết với cuộn thứ cấp L ₂ . Ở điều kiện này, các cuộn dây được cho là cóLoose coupling. Điện trở phản xạ từ cuộn thứ cấp ở điều kiện này nhỏ và đường cong cộng hưởng sẽ sắc nét và mạch Q ở mức cao như hình bên dưới.

Ngược lại, khi cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp lại gần nhau, chúng có Tight coupling. Trong điều kiện đó, điện trở phản xạ sẽ lớn và mạch Q thấp hơn. Thu được hai vị trí của cực đại khuếch đại, một ở trên và một ở dưới tần số cộng hưởng.

Băng thông của mạch điều chỉnh kép

Hình trên nói rõ rằng băng thông tăng theo mức độ ghép nối. Yếu tố quyết định trong mạch điều chỉnh kép không phải là Q mà là khớp nối.

Chúng tôi hiểu rằng, đối với một tần số nhất định, khớp nối càng chặt chẽ thì băng thông càng lớn.

Phương trình cho băng thông được đưa ra là

$$BW_{dt} = k f_r$$

Trong đó BW _dt = băng thông cho mạch điều chỉnh kép, K = hệ số kết hợp và f _r = tần số cộng hưởng.

Chúng tôi hy vọng rằng bây giờ bạn đã có đủ kiến ​​thức về hoạt động của bộ khuếch đại đã điều chỉnh. Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về bộ khuếch đại hồi tiếp.

Một mạch khuếch đại chỉ đơn giản là tăng cường độ tín hiệu. Nhưng trong khi khuếch đại, nó chỉ làm tăng cường độ của tín hiệu đầu vào cho dù nó có chứa thông tin hay một số nhiễu cùng với thông tin. Tiếng ồn này hoặc một số nhiễu loạn được đưa vào bộ khuếch đại do xu hướng mạnh mẽ của chúng tạo rahumdo thay đổi nhiệt độ đột ngột hoặc do điện trường và từ trường đi lạc. Do đó, mọi bộ khuếch đại có độ lợi cao đều có xu hướng tạo ra tiếng ồn cùng với tín hiệu trong đầu ra của nó, điều này rất không mong muốn.

Mức độ tiếng ồn trong các mạch khuếch đại có thể được giảm đáng kể bằng cách sử dụng negative feedback được thực hiện bằng cách đưa một phần đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào.

Nguyên tắc của Bộ khuếch đại phản hồi

Một bộ khuếch đại hồi tiếp thường bao gồm hai phần. Họ làamplifier và feedback circuit. Mạch hồi tiếp thường gồm các điện trở. Khái niệm bộ khuếch đại hồi tiếp có thể được hiểu trong hình sau.

Từ hình trên, độ lợi của bộ khuếch đại được biểu diễn là A. độ lợi của bộ khuếch đại là tỉ số giữa điện áp đầu ra V _o và điện áp đầu vào V _i . mạng phản hồi trích một điện áp V _f = β V _o từ đầu ra V _o của bộ khuếch đại.

Điện áp này được thêm vào cho phản hồi dương và trừ cho phản hồi âm, từ điện áp tín hiệu V _s . Hiện nay,

$$V_i = V_s + V_f = V_s + \beta V_o$$

$$V_i = V_s - V_f = V_s - \beta V_o$$

Đại lượng β = V _f / V _o được gọi là tỷ số phản hồi hoặc phần phản hồi.

Hãy để chúng tôi xem xét trường hợp phản hồi tiêu cực. Đầu ra V _o phải bằng điện áp đầu vào (V _s - βV _o ) nhân với độ lợi A của bộ khuếch đại.

Vì thế,

$$(V_s - \beta V_o)A = V_o$$

Hoặc là

$$A V_s - A \beta V_o = V_o$$

Hoặc là

$$A V_s = V_o (1 + A \beta)$$

Vì thế,

$$\frac{V_o}{V_s} = \frac{A}{1 + A \beta}$$

Gọi A _f là độ lợi tổng thể (độ lợi khi có phản hồi) của bộ khuếch đại. Điều này được định nghĩa là tỷ số giữa điện áp đầu ra V _o với điện áp tín hiệu đặt vào V _s , tức là,

$$A_f = \frac{Output \: voltage}{Input \: signal \: voltage} = \frac{V_o}{V_s}$$

Vì vậy, từ hai phương trình trên, chúng ta có thể hiểu rằng,

Phương trình độ lợi của bộ khuếch đại hồi tiếp, với phản hồi âm được đưa ra bởi

$$A_f = \frac{A}{1 + A \beta}$$

Phương trình độ lợi của bộ khuếch đại hồi tiếp, với phản hồi dương được đưa ra bởi

$$A_f = \frac{A}{1 - A \beta}$$

Đây là các phương trình tiêu chuẩn để tính toán hệ số khuếch đại phản hồi.

Các loại phản hồi

Quá trình đưa một phần năng lượng đầu ra của một số thiết bị trở lại đầu vào được gọi là Feedback. Người ta nhận thấy rằng phản hồi rất hữu ích trong việc giảm nhiễu và giúp hoạt động của bộ khuếch đại ổn định.

Tùy thuộc vào liệu tín hiệu phản hồi aids hoặc là opposes tín hiệu đầu vào, có hai loại phản hồi được sử dụng.

Phản hồi tích cực

Phản hồi trong đó năng lượng phản hồi tức là điện áp hoặc dòng điện cùng pha với tín hiệu đầu vào và do đó hỗ trợ nó được gọi là Positive feedback.

Cả tín hiệu đầu vào và tín hiệu phản hồi đều tạo ra sự dịch chuyển pha 180 ^o do đó tạo ra sự dịch chuyển pha kết quả 360 ^o xung quanh vòng lặp, để cuối cùng cùng pha với tín hiệu đầu vào.

Mặc dù phản hồi tích cực increases the gain của bộ khuếch đại, nó có những nhược điểm như

• Tăng độ méo
• Instability

Chính vì những nhược điểm này, phản hồi tích cực không được khuyến khích cho các bộ khuếch đại. Nếu phản hồi tích cực đủ lớn, nó dẫn đến dao động, do đó mạch dao động được hình thành. Khái niệm này sẽ được thảo luận trong hướng dẫn OSCILLATORS.

Phản hồi tiêu cực

Phản hồi trong đó năng lượng phản hồi tức là điện áp hoặc dòng điện lệch pha với đầu vào và do đó chống lại nó, được gọi là negative feedback.

Trong phản hồi tiêu cực, bộ khuếch đại đưa vào mạch một độ lệch pha 180 ^o trong khi mạng phản hồi được thiết kế sao cho nó không tạo ra sự lệch pha hoặc lệch pha bằng không. Do đó điện áp phản hồi kết quả V _f lệch pha 180 ^o với tín hiệu đầu vào V _in .

Thông qua gain của bộ khuếch đại phản hồi tiêu cực là reduced, có nhiều ưu điểm của phản hồi tiêu cực như

• Độ ổn định của mức tăng được cải thiện
• Giảm méo
• Giảm tiếng ồn
• Tăng trở kháng đầu vào
• Giảm trở kháng đầu ra
• Tăng phạm vi ứng dụng thống nhất

Đó là vì những ưu điểm này mà phản hồi âm thường được sử dụng trong các bộ khuếch đại.

Hồi tiếp âm trong bộ khuếch đại là phương pháp cấp một phần đầu ra được khuếch đại cho đầu vào nhưng ngược pha. Sự đối lập pha xảy ra khi bộ khuếch đại cung cấp dịch chuyển pha 180 ^o trong khi mạng phản hồi thì không.

Trong khi năng lượng đầu ra đang được áp dụng cho đầu vào, để năng lượng điện áp được lấy làm phản hồi, đầu ra được lấy trong kết nối shunt và năng lượng hiện tại được lấy làm phản hồi, đầu ra được lấy trong kết nối nối tiếp.

Có hai loại mạch phản hồi âm chính. Họ là -

• Phản hồi điện áp tiêu cực
• Phản hồi tiêu cực hiện tại

Phản hồi điện áp tiêu cực

Trong phương pháp này, phản hồi điện áp đến đầu vào của bộ khuếch đại tỷ lệ với điện áp đầu ra. Điều này còn được phân thành hai loại -

• Phản hồi loạt điện áp
• Phản hồi ngắt điện áp

Phản hồi tiêu cực hiện tại

Trong phương pháp này, phản hồi điện áp đến đầu vào của bộ khuếch đại tỷ lệ với dòng điện đầu ra. Điều này được phân loại thành hai loại.

• Phản hồi loạt bài hiện tại
• Phản hồi hiện tại của shunt

Hãy để chúng tôi có một ý tưởng ngắn gọn về tất cả chúng.

Phản hồi về dòng điện áp

Trong mạch phản hồi nối tiếp điện áp, một phần nhỏ của điện áp đầu ra được đặt nối tiếp với điện áp đầu vào qua mạch phản hồi. Điều này còn được gọi làshunt-driven series-fed phản hồi, tức là, một mạch nối tiếp song song.

Hình dưới đây cho thấy sơ đồ khối của phản hồi nối tiếp điện áp, theo đó rõ ràng là mạch phản hồi được đặt trong shunt với đầu ra nhưng nối tiếp với đầu vào.

Khi mạch phản hồi được kết nối trong shunt với đầu ra, trở kháng đầu ra giảm và do kết nối nối tiếp với đầu vào, trở kháng đầu vào tăng lên.

Phản hồi điện áp-Shunt

Trong mạch phản hồi ngắt điện áp, một phần nhỏ của điện áp đầu ra được đặt song song với điện áp đầu vào thông qua mạng phản hồi. Điều này còn được gọi làshunt-driven shunt-fed phản hồi tức là, một loại proto song song-song song.

Hình dưới đây cho thấy sơ đồ khối của phản hồi shunt điện áp, theo đó rõ ràng là mạch phản hồi được đặt trong shunt với đầu ra và cả với đầu vào.

Khi mạch phản hồi được kết nối trong shunt với đầu ra và đầu vào, cả trở kháng đầu ra và trở kháng đầu vào đều giảm.

Phản hồi về Dòng hiện tại

Trong mạch hồi tiếp dòng điện, một phần nhỏ của điện áp đầu ra được đặt nối tiếp với điện áp đầu vào qua mạch phản hồi. Điều này còn được gọi làseries-driven series-fed phản hồi tức là, một mạch nối tiếp.

Hình dưới đây cho thấy sơ đồ khối của phản hồi nối tiếp dòng điện, theo đó rõ ràng là mạch phản hồi được đặt nối tiếp với đầu ra và cả với đầu vào.

Khi mạch phản hồi được kết nối nối tiếp với đầu ra và đầu vào, cả trở kháng đầu ra và trở kháng đầu vào đều tăng.

Phản hồi hiện tại-Shunt

Trong mạch phản hồi shunt hiện tại, một phần nhỏ của điện áp đầu ra được đặt nối tiếp với điện áp đầu vào thông qua mạch phản hồi. Điều này còn được gọi làseries-driven shunt-fed phản hồi tức là, một mạch nối tiếp song song.

Hình dưới đây cho thấy sơ đồ khối của phản hồi shunt hiện tại, bằng chứng là mạch hồi tiếp được đặt nối tiếp với đầu ra nhưng song song với đầu vào.

Khi mạch phản hồi được mắc nối tiếp với đầu ra, trở kháng đầu ra tăng lên và do kết nối song song với đầu vào, trở kháng đầu vào giảm.

Bây giờ chúng ta hãy lập bảng các đặc tính của bộ khuếch đại bị ảnh hưởng bởi các loại phản hồi tiêu cực khác nhau.

Nét đặc trưng	Các loại phản hồi
	Dòng điện áp	Điện áp-Shunt	Dòng-Hiện tại	Hiện tại-Shunt
Tăng điện áp	Giảm	Giảm	Giảm	Giảm
Băng thông	Tăng	Tăng	Tăng	Tăng
Kháng đầu vào	Tăng	Giảm	Tăng	Giảm
Điện trở đầu ra	Giảm	Giảm	Tăng	Tăng
Méo hài	Giảm	Giảm	Giảm	Giảm
Tiếng ồn	Giảm	Giảm	Giảm	Giảm

Emitter follower và bộ khuếch đại darlington là những ví dụ phổ biến nhất cho bộ khuếch đại phản hồi. Đây là những cái được sử dụng nhiều nhất với một số ứng dụng.

Người theo dõi Emitter

Mạch đi theo máy phát có một vị trí nổi bật trong các bộ khuếch đại phản hồi. Đi theo máy phát là trường hợp mạch phản hồi dòng âm. Đây chủ yếu được sử dụng như một bộ khuếch đại giai đoạn cuối cùng trong các mạch tạo tín hiệu.

Các tính năng quan trọng của Người theo dõi Emitter là:

• Nó có trở kháng đầu vào cao
• Nó có trở kháng đầu ra thấp
• Nó là mạch lý tưởng để kết hợp trở kháng

Tất cả các tính năng lý tưởng này cho phép nhiều ứng dụng cho mạch theo bộ phát. Đây là một mạch khuếch đại dòng điện không có tăng áp.

Xây dựng

Các chi tiết cấu tạo của mạch theo emitter gần giống với mạch khuếch đại bình thường. Sự khác biệt chính là tải R _L không có ở đầu cực thu, nhưng có ở đầu cực phát của mạch. Do đó đầu ra được lấy từ thiết bị đầu cuối phát thay vì thiết bị đầu cuối thu.

Xu hướng được cung cấp bằng phương pháp điện trở cơ bản hoặc bằng phương pháp bộ chia điện thế. Hình sau đây cho thấy sơ đồ mạch của một Người theo dõi phát.

Hoạt động

Điện áp tín hiệu đầu vào được đặt giữa đế và bộ phát, tạo ra điện áp đầu ra V _o trên R _E , nằm trong phần bộ phát. Vì thế,

$$V_o = I_E R_E$$

Toàn bộ dòng điện đầu ra này được áp dụng cho đầu vào thông qua phản hồi. Vì thế,

$$V_f = V_o$$

Khi điện áp đầu ra phát triển trên R _L tỷ lệ với dòng phát, mạch theo sau phát này là mạch phản hồi dòng điện. Vì thế,

$$\beta = \frac{V_f}{V_o} = 1$$

Cũng cần lưu ý rằng điện áp tín hiệu đầu vào đến bóng bán dẫn (= V _i ) bằng hiệu của V _s và V _o tức là,

$$V_i = V_s - V_o$$

Do đó phản hồi là tiêu cực.

Nét đặc trưng

Các đặc điểm chính của trình theo dõi emitter như sau:

• Không tăng điện áp. Trong thực tế, mức tăng điện áp gần bằng 1.
• Độ lợi dòng điện và độ lợi công suất tương đối cao.
• Trở kháng đầu vào cao và trở kháng đầu ra thấp.
• Điện áp xoay chiều đầu vào và đầu ra cùng pha.

Tăng điện áp của người theo dõi máy phát

Vì mạch theo bộ phát là một mạch nổi bật, chúng ta hãy thử lấy phương trình cho độ lợi điện áp của mạch theo bộ phát. Mạch Người theo dõi bộ phát của chúng tôi trông như sau:

Nếu một mạch tương đương xoay chiều của mạch trên được vẽ, nó sẽ giống như bên dưới, vì không có tụ điện phát qua.

Điện trở xoay chiều r _E của mạch phát được cho bởi

$$r_E = r’_E + R_E$$

Ở đâu

$$r’_E = \frac{25 mV}{I_E}$$

Để tìm độ lợi điện áp của mạch khuếch đại, ta có thể thay hình trên bằng hình sau.

Lưu ý rằng điện áp đầu vào được áp dụng trên điện trở xoay chiều của mạch phát, tức là (r ' _E + R _E ). Giả sử diode phát là lý tưởng, điện áp đầu ra V _ra sẽ là

$$V_{out} = i_e R_E$$

Điện áp đầu vào V _trong sẽ là

$$V_{in} = i_e(r’_e + R_E)$$

Do đó, Tăng điện áp của người theo dõi emitter là

$$A_V = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{i_e R_E}{i_e(r’_e + R_E)} = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$

Hoặc là

$$A_V = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$

Trong hầu hết các ứng dụng thực tế,

$$R_E \gg r’_e$$

Vì vậy, A _V ≈ 1. Trong thực tế, độ lợi điện áp của một bộ theo máy phát nằm trong khoảng 0,8 đến 0,999.

Bộ khuếch đại Darlington

Mạch nối tiếp bộ phát vừa được thảo luận thiếu để đáp ứng các yêu cầu về độ lợi dòng điện (A _i ) và trở kháng đầu vào (Z _i ). Để đạt được sự gia tăng một số giá trị tổng thể của độ lợi dòng điện và trở kháng đầu vào, hai bóng bán dẫn được kết nối như thể hiện trong sơ đồ mạch sau, được gọi làDarlington cấu hình.

Như trong hình trên, cực phát của bóng bán dẫn thứ nhất được nối với đế của bóng bán dẫn thứ hai. Các cực thu của cả hai bóng bán dẫn được kết nối với nhau.

Phân tích xu hướng

Do kiểu kết nối này, dòng điện phát ra của bóng bán dẫn đầu tiên cũng sẽ là dòng điện cơ bản của bóng bán dẫn thứ hai. Do đó, mức tăng hiện tại của cặp này bằng tích của mức tăng hiện tại riêng lẻ, tức là

$$\beta = \beta _1 \beta _2$$

Mức tăng dòng cao thường đạt được với một số thành phần tối thiểu.

Vì hai bóng bán dẫn được sử dụng ở đây, hai giọt V _BE sẽ được xem xét. Phân tích xu hướng khác tương tự đối với một bóng bán dẫn.

Điện áp trên R ₂ ,

$$V_2 = \frac{V_CC}{R_1 + R_2} \times R_2$$

Điện áp trên R _E ,

$$V_E = V_2 - 2 V_{BE}$$

Dòng điện qua R _E ,

$$I_{E2} = \frac{V_2 - 2 V_{BE}}{R_E}$$

Vì các bóng bán dẫn được ghép nối trực tiếp,

$$I_{E1} = I_{B2}$$

Hiện nay

$$I_{B2} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$

vì thế

$$I_{E1} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$

Nghĩa là

$$I_{E1} = I_{E1} \beta _2$$

Chúng ta có

$I_{E1} = \beta _1 I_{B1}$ từ $I_{E1} \cong I_{C1}$

Do đó, như

$$I_{E2} = I_{E1} \beta _2$$

Chúng tôi có thể viết

$$I_{E2} = \beta _1 \beta _2 I_{B1}$$

Do đó, Mức tăng hiện tại có thể được đưa ra là

$$\beta = \frac{I_{E2}}{I_{B1}} = \frac{\beta _1 \beta _2 I_{B1}}{I_{B1}} = \beta _1 \beta_2$$

Trở kháng đầu vào của bộ khuếch đại tấn đáng yêu là

$Z_{in} = \beta_1 \beta_2 R_E .....$bỏ qua r ' _e

Trong thực tế, hai bóng bán dẫn này được đặt trong một vỏ bóng bán dẫn duy nhất và ba thiết bị đầu cuối được đưa ra khỏi vỏ như thể hiện trong hình sau.

Ba thiết bị đầu cuối này có thể được gọi là Darling ton transistor. Bóng bán dẫn tấn đáng yêu hoạt động giống như một bóng bán dẫn duy nhất có độ lợi dòng điện cao và trở kháng đầu vào cao.

Nét đặc trưng

Sau đây là những đặc điểm quan trọng của ampli Darling ton-sur-ton.

• Trở kháng đầu vào cực cao (MΩ).
• Độ lợi dòng cực cao (vài nghìn).
• Trở kháng đầu ra cực kỳ thấp (vài Ω).

Vì các đặc tính của bộ khuếch đại tấn Darling về cơ bản giống với đặc điểm của bộ theo bộ phát nên hai mạch được sử dụng cho các ứng dụng tương tự.

Cho đến bây giờ chúng ta đã thảo luận về bộ khuếch đại dựa trên phản hồi tích cực. Phản hồi tiêu cực trong các mạch bóng bán dẫn rất hữu ích trong hoạt động của bộ dao động. Chủ đề về bộ dao động hoàn toàn được đề cập trong hướng dẫn Bộ tạo dao động.

Một Bộ khuếch đại, trong khi khuếch đại chỉ làm tăng cường độ của tín hiệu đầu vào của nó cho dù nó có chứa thông tin hoặc một số tiếng ồn cùng với thông tin. Tiếng ồn này hoặc một số nhiễu loạn được đưa vào bộ khuếch đại do xu hướng mạnh mẽ của chúng tạo rahum do thay đổi nhiệt độ đột ngột hoặc do điện trường và từ trường đi lạc.

Hiệu suất của một bộ khuếch đại chủ yếu phụ thuộc vào Tiếng ồn này. Noiselà tín hiệu không mong muốn tạo ra nhiễu nội dung tín hiệu mong muốn trong hệ thống. Đây có thể là một tín hiệu bổ sung được tạo ra trong hệ thống hoặc có thể là một số nhiễu đi kèm với thông tin mong muốn của tín hiệu đầu vào. Tuy nhiên, nó là không mong muốn và phải được loại bỏ.

Một hệ thống tốt là một hệ thống trong đó tiếng ồn do bộ khuếch đại tạo ra là nhỏ so với tiếng ồn từ nguồn đến.

Tiếng ồn

Tiếng ồn là một unwanted signalgây nhiễu tín hiệu bản tin gốc và làm hỏng các tham số của tín hiệu bản tin. Sự thay đổi này trong quá trình giao tiếp, làm cho thông điệp bị thay đổi sau khi đạt được. Nó có nhiều khả năng được nhập tại kênh hoặc đầu thu.

Đồ thị sau đây cho thấy các đặc tính của tín hiệu nhiễu.

Do đó, người ta hiểu rằng nhiễu là một số tín hiệu không có mẫu và không có tần số hoặc biên độ không đổi. Nó khá làrandomvà không thể đoán trước. Các biện pháp thường được thực hiện để giảm nó, mặc dù nó không thể được loại bỏ hoàn toàn.

Most common examples of noise are -

• Âm thanh "rít" trong máy thu thanh
• Âm thanh "Buzz" giữa các cuộc trò chuyện điện thoại
• “Nhấp nháy” trong máy thu truyền hình, v.v.

Ảnh hưởng của tiếng ồn

Tiếng ồn là một tính năng bất tiện ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống. Ảnh hưởng của tiếng ồn bao gồm -

• Tiếng ồn giới hạn phạm vi hoạt động của hệ thống - Tiếng ồn gián tiếp đặt giới hạn cho tín hiệu yếu nhất có thể được khuếch đại bởi bộ khuếch đại. Bộ dao động trong mạch trộn có thể giới hạn tần số của nó vì nhiễu. Hoạt động của một hệ thống phụ thuộc vào hoạt động của các mạch của nó. Tiếng ồn giới hạn tín hiệu nhỏ nhất mà bộ thu có khả năng xử lý.

• Nhiễu ảnh hưởng đến độ nhạy của máy thu - Độ nhạy là lượng tín hiệu đầu vào tối thiểu cần thiết để có được đầu ra chất lượng xác định. Tiếng ồn ảnh hưởng đến độ nhạy của hệ thống thu, cuối cùng ảnh hưởng đến đầu ra.

Tỷ lệ tín hiệu trên tiếng ồn

Khi một tín hiệu được nhận và nó phải được khuếch đại, trước tiên tín hiệu được lọc ra để loại bỏ bất kỳ tiếng ồn không mong muốn nào nếu có.

Tỷ số giữa tín hiệu thông tin có trong tín hiệu nhận được với nhiễu hiện tại được gọi là Signal to Noise ratio. Tỷ lệ này phải cao hơn đối với một hệ thống để nó tạo ra tín hiệu thông tin thuần túy không bị ảnh hưởng bởi nhiễu không mong muốn.

SNR có thể được hiểu là

$$SNR = \frac{P_{signal}}{P_{noise}}$$

SNR được biểu thị theo cơ sở logarit sử dụng decibel.

$$SNR_{db} = 10 log_{10}\left (\frac{P_{signal}}{P_{noise}} \right )$$

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu là ratio of the signal power to the noise power. Giá trị của SNR càng cao thì chất lượng của đầu ra nhận được càng lớn.

Các loại tiếng ồn

Việc phân loại nhiễu được thực hiện tùy thuộc vào loại nguồn, hiệu ứng mà nó thể hiện hoặc mối quan hệ của nó với máy thu, v.v.

Có hai cách chính để tạo ra tiếng ồn. Một là thông qua một sốexternal source trong khi cái kia được tạo ra bởi internal source, trong phần người nhận.

Nguồn bên ngoài

Tiếng ồn này được tạo ra bởi các nguồn bên ngoài, thông thường có thể xảy ra trong phương tiện hoặc kênh liên lạc. Không thể loại bỏ hoàn toàn tiếng ồn này. Cách tốt nhất là tránh nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu.

Hầu hết các ví dụ phổ biến của loại tiếng ồn này là -

• Tiếng ồn khí quyển (do sự bất thường trong khí quyển)
• Tiếng ồn ngoài trái đất như tiếng ồn mặt trời và tiếng ồn vũ trụ
• Tiếng ồn công nghiệp

Nguồn nội bộ

Tiếng ồn này được tạo ra bởi các bộ phận thu khi hoạt động. Các thành phần trong mạch, do hoạt động liên tục, có thể tạo ra một số loại nhiễu. Tiếng ồn này có thể định lượng được. Thiết kế bộ thu thích hợp có thể làm giảm ảnh hưởng của nhiễu bên trong này.

Hầu hết các ví dụ phổ biến của loại tiếng ồn này là -

• Tiếng ồn kích động nhiệt (Tiếng ồn Johnson hoặc Tiếng ồn điện)

• Tiếng ồn khi bắn (do chuyển động ngẫu nhiên của các electron và lỗ trống

• Tiếng ồn thời gian vận chuyển (trong quá trình chuyển đổi)

• Tiếng ồn khác là một loại tiếng ồn khác bao gồm nhấp nháy, hiệu ứng điện trở và tiếng ồn do bộ trộn tạo ra, v.v.

Cuối cùng, điều này cung cấp một ý tưởng tổng thể về mức độ tiếng ồn và cách nó có thể ảnh hưởng đến bộ khuếch đại, mặc dù hiện diện trong phần phát hoặc bộ thu. Các bộ khuếch đại khuếch đại tín hiệu thấp và do đó khuếch đại tiếng ồn ở mức thấp có thể được gọi là bộ khuếch đại tiếng ồn thấp.

Tất cả các loại bộ khuếch đại được thảo luận đều ít nhiều bị nhiễu theo cách này hay cách khác. Hiệu suất của bộ khuếch đại quyết định hiệu quả của nó để đối phó với các yếu tố không mong muốn.