a. Hệ số khuếch đại công suất: Hệ số khuếch đại công suất Kp là tỷ số giữa công suất ra và công suất vào.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.16 MB, 92 trang )
suất có thể có hệ số khuếch đại điện áp nhỏ mà hệ số khuếch đại công suất
lớn và ngược lại. Tuy nhiên trong các mạch khuếch đại công suất thì người
ta chủ yếu quan tâm đến hệ số khuếch đại công suất. Đó là thông số khá
quan trọng trong việc thiết kế mạch khuếch đại.
Nói chung vì bộ khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K p
là một số phức:
K p = K p exp(jϕk )
(1.3)
Phần module K p thể hiện quan hệ về cường độ (biên độ) giữa các tín
hiệu đầu ra và đầu vào, phần góc pha ϕ k thể hiện độ dịch pha giữa chúng và
nhìn chung độ lớn của K và ϕ k phụ thuộc vào tần số ω của tín hiệu vào.
Nếu biểu diễn K = f1 (ω ) ta nhận được đường cong gọi là đặc tính biên độ tần số của bộ khuếch đại. Đường biểu diễn ϕ k = f2 (ω ) được gọi là đặc tính
pha - tần số của nó. Thường người ta tính K p theo đơn vị logarit gọi là đơn
vị dexiben (dB).
K p (dB ) = 20 lg K p
(1.4)
Khi ghép liên tiếp n tầng khuếch đại công suất với các hệ số khuếch
đại tương ứng là K1...K n thì hệ số khuếch đại tổng cộng của bộ khuếch đại
công suất được xác định bởi:
K p = K1 K 2 ...K n
Hay K p (dB) = K1 (dB) + K 2 (dB) + ... + K n (dB)
(1.5)
b. Hiệu suất: Hiệu suất là tỉ số giữa công suất ra Pr và công suất cung cấp
1 chiều Pdc . Nó thể hiện hiệu quả chuyển đổi từ công suất nguồn thành
công suất mà mạch khuếch đại cấp cho tải. Hiệu suất càng lớn thì công suất
tổn hao trên colectơ của tranzistor càng nhỏ.
η=
Pr
Pdc
(1.6)
5
Hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào chế độ làm việc của tầng khuếch
đại. Trong chế độ A thì hiệu suất rất thấp, chế độ C hiệu suất cao nhất, tuy
nhiên nó phải trả giá về tính phi tuyến của đường đặc tuyến gây méo tín
hiệu.
Ngoài ra còn có một số phép đo hiệu suất thông dụng khác như:
+ Hiệu suất cộng công suất (Power-added efficiency) : Hiệu suất
cộng công suất là tỷ số giữa lượng công suất mà mạch khuếch đại tạo ra với
công suất cung cấp 1 chiều được tính theo công thức:
PAE =
Pr − Pv
Pdc
(1.7)
Trong đó: Pr : là công suất ra của mạch khuếch đại
Pv : là công suất vào mạch khuếch đại
Pdc : Là công suất một chiều cung cấp cho mạch
khuếch đại
PAE cho ta chỉ thị hợp lý của hiệu suất PA với lợi ích cao.
+ Hiệu suất toàn phần (Overall efficiency) : Được sử dụng rộng rãi
để đánh giá hiệu suất của mạch khuếch đại được tính theo công thức:
ηoverall =
Pr
Pdc + Pv
(1.8)
Trong định nghĩa này, Pv được xem như công suất lấy từ nguồn một
chiều vì vậy nó được cộng với công suất nguồn nuôi mà không bị trừ bởi
công suất đầu ra giống như chỉ tiêu PAE.
Ngoài hai tham số trên đây người ta còn quan tâm đến công suất ra,
trở kháng vào…
c. Công suất ra: Công suất ra là toàn bộ công suất tín hiệu ở đầu ra của
bộ khuếch đại nằm trong dải tần làm việc cấp cho tải. Công suất đầu ra
không tính thành phần công suất các hài và các tạp âm trong mạch khuếch
đại. Thường thì công suất của các hài và tạp âm này là không đáng kể. Khi
6
tín hiệu vào là hình sin, công suất ra của tín hiệu được xác định theo công
thức sau:
Pra =
2
U ra
2 Rra
(1.9)
Trong đó: U ra là biên độ tín hiệu ở đầu ra
Rra là trở kháng tải
Thực tế trong hệ thống truyền thông thì công suất ra theo tiêu chuẩn
nhất định và các ứng dụng khác nhau của chung.
d. Đặc tính biên độ:
Đặc tính biên độ của tầng khuếch đại là đường biểu diễn quan hệ
U r = f3 (U v ) lấy ở một tần số cố định của dải tần số tín hiệu Uv.
e. Trở kháng lối vào và lối ra: của bộ khuếch đại được định nghĩa:
Zv =
Uv
U
; Zr = r
Iv
Ir
(1.10)
Nói chung chúng là các đại lượng phức : Z = R + jX
Yêu cầu trở kháng vào lớn tương đương với dòng tín hiệu vào nhỏ,
nghĩa là mạch phải có hệ số khuếch đại dòng lớn.
f. Méo phi tuyến: Do tính chất phi tuyến các phần tử như tranzitor gây ra
thể hiện trong thành phần tần số đầu ra là tần số lạ (không có mặt ở
đầu vào). Khi U vao chỉ có thành phần tần số ω , U ra nói chung có các
thành phần n.ω (n = 0,1,2…) với các biên độ tương ứng là U nm lúc
đó hệ số méo phi tuyến do bộ khuếch đại gây ra được đánh giá là:
2
(U 2 + U 32m + ... + U nm )
γ = 2m
U1m
1
2
%
(1.11)
1.2. Phân loại mạch khuếch đại công suất.
Phân loại mạch khuếch đại công suất có nhiều cách khác nhau như
mạch khuếch đại được phân biệt theo mục đích (mạch khuếch đại điện áp,
mạch khuếch đại dòng điện, mạch khuếch đại công suất, vv.) hoặc phân
biệt theo loại năng lượng ngoài được sử dụng (mạch khuếch đại điện,
7
mạch khuếch đại từ, v.v…). Theo cách mắc tải, người ta chia thành mạch
khuếch đại có biến áp ra và tầng khuếch đại không biến áp ra. Thông
thường trong mạch khuếch đại công suất người ta chia thành hai nhóm
mạch là: nhóm mạch khuếch đại công suất tuyến tính và nhóm mạch
khuếch đại công suất chuyển mạch. Trong nhóm mạch khuếch đại công
suất tuyến tính thì theo độ lớn của góc cắt người ta cũng chia thành 4 loại
mạch khuếch đại là : mạch khuếch đại chế độ A, chế độ B, chế độ AB và
chế độ C. Hình 1.1 dùng để minh họa đặc điểm của các chế độ bằng ví dụ
trên đặc tuyến ra của tranzitor theo sơ đồ Emitơ chung.
Hình 1.1 Vị trí điểm làm việc tĩnh trên đặc tuyến ra
trong chế độ A, B, AB
Nhóm thứ hai là nhóm mạch khuếch đại chuyển mạch, trong nhóm
này người ta thường chia ra các chế độ D,E,F
1.2.1 Nhóm mạch khuếch đại công suất tuyến tính
Tính chất tuyến tính ở đây là biên độ tín hiệu đầu ra mạch khuếch đại
công suất là một hàm tuyến tính hoặc gần tuyến tính của biên độ tín hiệu
đầu vào.
Đặc điểm của mạch này là Tranzistor đầu ra hoạt động như một
nguồn dòng và trở kháng tranzistor đầu ra trung bình trong quá trình hoạt
động tương đối cao. Dòng điện chạy qua thiết bị và điện áp trên thiết bị là
một phần hoặc toàn bộ sóng hình sin
8
