Giáo trình Mạch điện tử - Chương 9: Mạch khuếch đại công suất - Trương Văn Tám

: 
 Dạng mạch cơ bản như sau: 
Trương Văn Tám IX-12 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
 - Trong bán kỳ dương của tín hiệu, Q1 dẫn. Dòng i1 chạy qua biến thế ngõ ra tạo cảm 
ứng cấp cho tải. Lúc này pha của tín hiệu đưa vào Q2 là âm nên Q2 ngưng dẫn. 
 - Ðến bán kỳ kế tiếp, tín hiệu đưa vào Q2 có pha dương nên Q2 dẫn. Dòng i2 qua biến 
thế ngõ ra tạo cảm ứng cung cấp cho tải. Trong lúc đó pha tín hiệu đưa vào Q1 là âm nên Q1 
ngưng dẫn. 
 Chú ý là i1 và i2 chạy ngược chiều nhau trong biến thế ngõ ra nên điện thế cảm ứng 
bên cuộn thứ cấp tạo ra bởi Q1 và Q2 cũng ngược pha nhau, chúng kết hợp với nhau tạo 
thành cả chu kỳ của tín hiệu. 
 Thực tế, tín hiệu ngõ ra lấy được trên tải không được trọn vẹn như trên mà bị biến dạng. 
Lý do là khi bắt đầu một bán kỳ, transistor không dẫn điện ngay mà phải chờ khi biên độ 
vượt qua điện thế ngưỡng VBE. Sự biến dạng này gọi là sự biến dạng xuyên tâm (cross-
over). Ðể khắc phục, người ta phân cực VB dương một chút (thí dụ ở transistor NPN) để 
transistor có thể dẫn điện tốt ngay khi có tín hiệu áp vào chân B. Cách phân cực này gọi là 
phân cực loại AB. Chú ý là trong cách phân cực này độ dẫn điện của transistor công suất 
không đáng kể khi chưa có tín hiệu 
B
 Ngoài ra, do hoạt động với dòng IC lớn, transistor công suất dễ bị nóng lên. Khi nhiệt độ 
tăng, điện thế ngưỡng VBE giảm (transistor dễ dẫn điện hơn) làm dòng IC càng lớn hơn, hiện 
tượng này chồng chất dẫn đến hư hỏng transistor. Ðể khắc phục, ngoài việc phải giải nhiệt 
đầy đủ cho transistor, người ta mắc thêm một điện trở nhỏ (thường là vài Ω) ở hai chân E 
của transistor công suất xuống mass. Khi transistor chạy mạnh, nhiệt độ tăng, IC tăng tức IE 
làm VE tăng dẫn đến VBE giảm. Kết quả là transistor dẫn yếu trở lại. 
Trương Văn Tám IX-13 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
Ngoài ra, người ta thường mắc thêm một điện trở nhiệt có hệ số nhiệt âm (thermistor) song 
song với R2 để giảm bớt điện thế phân cực VB bù trừ khi nhiệt độ tăng. 
 9.4.2 Mạch công suất kiểu đối xứng - bổ túc: 
 Mạch chỉ có một tín hiệu ở ngõ vào nên phải dùng hai transistor công suất khác loại: 
một NPN và một PNP. Khi tín hiệu áp vào cực nền của hai transistor, bán kỳ dương làm cho 
transistor NPN dẫn điện, bán kỳ âm làm cho transistor PNP dẫn điện. Tín hiệu nhận được 
trên tải là cả chu kỳ. 
 Cũng giống như mạch dùng biến thế, mạch công suất không dùng biến thế mắc như trên 
vấp phải sự biến dạng cross-over do phân cực chân B bằng 0v. Ðể khắc phục, người ta cũng 
phân cực mồi cho các chân B một điện thế nhỏ (dương đối với transistor NPN và âm đối với 
transistor PNP). Ðể ổn định nhiệt, ở 2 chân E cũng được mắc thêm hai điện trở nhỏ. 
Trương Văn Tám IX-14 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
 Trong thực tế, để tăng công suất của mạch, người ta thường dùng các cặp 
Darlington hay cặp Darlington_cặp hồi tiếp như được mô tả ở hình 9.18 và hình 9.19. 
Trương Văn Tám IX-15 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
9.4.3 Khảo sát vài dạng mạch thực tế: 
 Trong phần này, ta xem qua hai dạng mạch rất thông dụng trong thực tế: mạch 
dùng transistor và dùng op-amp làm tầng khuếch đại điện thế. 
 9.4.3.1 Mạch công suất với tầng khuếch đại điện thế là transistor: 
 Mạch có dạng cơ bản như hình 9.20 
 Các đặc điểm chính: 
 - Q1 là transistor khuếch đại điện thế và cung cấp tín hiệu cho 2 transistor 
công suất. 
 - D1 và D2 ngoài việc ổn định điện thế phân cực cho 2 transistor công suất (giữ 
cho điện thế phân cực giữa 2 chân B không vượt quá 1.4v) còn có nhiệm vụ làm đường liên 
lạc cấp tín hiệu cho Q2 (D1 và D2 được phân cực thuận). 
 - Hai điện trở 3.9( để ổn định hoạt động của 2 transistor công suất về phương 
diện nhiệt độ. 
 - Tụ 47μF tạo hồi tiếp dương cho Q2, mục đích nâng biên độ của tín hiệu ở tần 
số thấp (thường được gọi là tụ Boostrap). 
 - Việc phân cực Q1 quyết định chế độ làm việc của mạch công suất. 
 9.4.3.2 Mạch công suất với tầng khuếch đại điện thế là op-amp 
 Một mạch công suất dạng AB với op-amp được mô tả như hình 9.21: 
 - Biến trở R2: dùng chỉnh điện thế offset ngõ ra (chỉnh sao cho ngõ ra bằng 0v 
khi không có tín hiệu vào). 
 - D1 và D2 phân cực thuận nên: 
 VB1= 0.7v 
 VB2= - 0.7v 
Trương Văn Tám IX-16 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
 - Ðiện thế VBE của 2 transistor công suất thường được thiết kế khoảng 0.6v, 
nghĩa là độ giảm thế qua điện trở 10Ω là 0.1v. 
 - Một cách gần đúng dòng qua D1 và D2 là: 
 Như vậy ta thấy không có dòng điện phân cực chạy qua tải. 
 - Dòng điện cung cấp tổng cộng: 
 In = I1 + I + IC = 1.7 + 9.46 + 10 = 21.2 mA 
(khi chưa có tín hiệu, dòng cung cấp qua op-amp 741 là 1.7mA -nhà sản xuất 
cung cấp). 
 - Công suất cung cấp khi chưa có tín hiệu: 
 Pin (standby) = 2VCC . In (standby) 
 = (12v) . (21.2) = 254 mw 
 - Ðộ khuếch đại điện thế của mạch: 
Trương Văn Tám IX-17 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
 - Dòng điện qua tải: 
 - Ðiện thế đỉnh qua tải: 
 Vo(p) = 0.125 . 8 = 1v 
 - Khi Q1 dẫn (bán kỳ dương của tín hiệu), điện thế đỉnh tại chân B của Q1 là: 
 VB1(p) = VE1(p) + 0.7v = 2.25 + 0.7 = 2.95v 
 - Ðiện thế tại ngõ ra của op-amp: 
 V1 = VB1 - VD1 = 2.95 - 0.7 = 2.25v 
 - Tương tự khi Q2 dẫn: 
 VB2(p) = VE2(p) - 0.7v = -2.25 - 0.7 = -2.95v 
 - Ðiện thế tại ngõ ra op-amp: 
 V1 = VB2(p) + VD2 = -2.95 + 0.7 = -2.25v 
 - Khi Q1 ngưng (Q2 dẫn) 
 VB1 = V1 + VD1 = -2.25 + 0.7 = -1.55v 
- Tương tự khi Q1 dẫn (Q2 ngưng) 
Trương Văn Tám IX-18 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
 VB2 = V1 - VD2 = 2.25 - 0.7 = 1.55v 
 - Dòng bảo hòa qua mỗi transistor: 
- Ðiện thế Vo tối đa: 
Vo(p) max = 333.3 * 8 =2.67v 
 9.4.3.3 Mạch công suất dùng MOSFET: 
 Phần này giới thiệu một mạch dùng MOSFET công suất với tầng đầu là một 
mạch khuếch đại vi sai. Cách tính phân cực, về nguyên tắc cũng giống như phần trên. Ta 
chú ý một số điểm đặc biệt: 
 - Q1 và Q2 là mạch khuếch đại vi sai. R2 để tạo điện thế phân cực cho cực nền của Q1. 
R1, C1 dùng để giới hạn tần số cao cho mạch (chống nhiễu ở tần số cao). 
 - Biến trở R5 tạo cân bằng cho mạch khuếch đại visai. 
 - R13, R14, C3 là mạch hồi tiếp âm, quyết định độ lợi điện thế của toàn mạch. 
 - R15, C2 mạch lọc hạ thông có tác dụng giảm sóng dư trên nguồn cấp điện của tầng 
khuếch đại vi sai. 
 - Q4 dùng như một tầng đảo pha ráp theo mạch khuếch đại hạng A. 
 - Q3 hoạt động như một mạch ổn áp để ổn định điện thế phân cực ở giữa hai cực cổng 
của cặp công suẩt. 
 - D1 dùng để giới hạn biên độ vào cực cổng Q5. R16 và D1 tác dụng như một mạch 
bảo vệ. 
 - R17 và C8 tạo thành tải giả xoay chiều khi chưa mắc tải. 
Trương Văn Tám IX-19 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
Hinh 9.23 Cong suat 30W dung MOSFET 
9.5 IC CÔNG SUẤT: 
 Trong mạch công suất mà tầng đầu là op-amp, nếu ta phân cực bằng nguồn 
đơn thì mạch có dạng như sau: 
 - R1, R2 dùng để phân cực cho ngõ vào có điện thế bằng VCC/2. 
 - Mạch hồi tiếp âm gồm R7, R8 và C3 với R8 << R7. tụ C3 để tạo độ lợi điện thế 
một chiều bằng đơn vị. Như vậy khi chưa có tín hiệu vào, ở hai ngõ vào + và ngõ vào - cũng 
như ở ngõ ra của tầng op-amp đều có điện thế phân cực bằng VCC/2, bằng với điện thế một 
chiều ở ngõ ra của mạch công suất. 
Trương Văn Tám IX-20 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
- Tụ C2 (tụ xuất) để ngăn điện thế một chiều qua tải và đảm bảo điện thế phân cực 
ngõ ra bằng VCC/2. 
 - Ðộ lợi điện thế của toàn mạch: Av ≈ 1+R7/R8
 Các IC công suất thường được chế tạo bên trong có cấu trúc gần tương tự như 
mạch trên. Với những IC công suất lớn, tầng cuối có thể là các cặp darlington-cặp hồi tiếp. 
Ngoài ra để nâng cao chất lượng, người ta còn chế tạo thêm một số mạch có chức năng đặc 
biệt như bảo vệ nối tắt ngõ ra, bổ chính tần số ... 
 Thí dụ ta xem Ic công suất LM1877 (bên trong có 2 mạch công suất với công 
suất ra tối đa là 1w/kênh) có sơ đồ chân như sau: 
Trương Văn Tám IX-21 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
 Mạch sau đây cho thấy cách ráp thành mạch công suất 1watt với các linh kiện 
bên ngoài khi dùng 1 kênh. 
 Trong đó chú ý một số đặc điểm: 
 - R2, C7, R3, C4 quyết định độ khuếch đại của mạch (mạch hồi tiếp âm). 
 - R4, C5 làm tải giả cho mạch và điều hòa tổng trở loa ở tần số cao. 
 - Tụ C7 quyết định đáp ứng tần số cao. 
 - R1 để phân cực ngõ vào. 
 R1 không được quá nhỏ sẽ làm biên độ tín hiệu vào. 
 - Ðộ khuếch đại của mạch ở tần số giữa 
Trương Văn Tám IX-22 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
 Trong trường hợp ráp 2 kênh, mạch điện như hình sau: 
Trương Văn Tám IX-23 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG IX 
Bài 1: Tính công suất vào, công suất ra và hiệu suất của mạch sau, biết rằng khi có tín hiệu 
ở ngõ vào dòng IB sẽ dao động với biên độ đỉnh là 10mA. 
Bài 2: Trong mạch khuếch đại công suất sau đây: 
 1. Tính công suất vào, công suất ra và công suất tiêu phí trong mỗi transistor. 
 2. Tính công suất và hiệu suất của mạch khi tín hiệu vào có biên độ hiệu dụng 
là 12V(rms). 
Bài 3: Một mạch công suất loại A dùng biến thế với tỉ số vòng 4:1. Dùng nguồn cấp điện 
VCC = 36V để mạch cho công suất 2 watt trên tải 16Ω. 
 Tính: 
 a/. P(ac) trên cuộn sơ cấp. 
 b/. vL(ac). 
 c/. v(ac) trên cuộn sơ cấp. 
 d/. Trị hiệu dụng của dòng điện qua tải và trên cuộn sơ cấp. 
Bài 4: Một mạch khuếch đại công suất loại A như hình vẽ. Xác định: 
 a/. Ðộ lợi điện thế gần đúng của mạch. 
 b/. Công suất vào Pi(dc). 
 c/. Công suất ra Po(ac). 
Trương Văn Tám IX-24 Mạch Điện Tử 
Chương 9: Mạch khuếch đại công suất 
 d/. Hiệu suất của mạch. 
 Cho biết dòng tiêu thụ của LM324 khi chưa có tín hiệu là 0.8mA. 
Bài 5: Trong mạch công suất hình 9.23 cho biết VGS(th) của IRF532 thay đổi từ 2v đến 4v và 
VGS(th) của IRF9532 thay đổi từ -2v đến -4v. Một cách gần đúng, tính điện thế tối đa và tối 
thiểu giữa 2 cực cổng của cặp công suất. 
Trương Văn Tám IX-25 Mạch Điện Tử