Các mạch khuếch đại transistor có nguyên tắc hoạt động giải trí đơn thuần nhưng lại khá hiệu suất cao trong việc khuếch đại âm thanh
Bộ khuếch đại là một mạch dùng để khuếch đại một tín hiệu. Tín hiệu vào một bộ khuếch đại là dòng điện ( hay điện áp ) và ngõ ra sẽ là bản khuếch đại của tín hiệu ngõ vào. Một mạch khuếch đại sẽ được phong cách thiết kế bởi những transistor, những transistor có trong mạch sẽ được gọi là những transistor khuếch đại. Mạch khuếch đại transistor được ứng dụng để phong cách thiết kế mạch phát sóng radio, phát thanh, … Các mạch dùng transistor sẽ mắc theo 3 kiểu thông số kỹ thuật chính, mắc B chung ( CB ), mắc C chung ( CC ), mắc E chung ( CE ). Mạch mắc B chung có độ lợi thấp hơn mức độ lợi tối thiểu để phong cách thiết kế mạch khuếch đại, mạch mắc C chung sẽ có độ lợi gần bằng mức tối thiểu, nhưng mắc kiểu E chung sẽ có độ lợi lớn hơn mức tối thiểu nên những mạch khuếch đại sẽ tận dụng cách mắc này. Chúng ta sẽ khám phá về mạch khuếch đại transistor qua bài viết này
Một mạch khuếch đại transistor tốt phải đáp ứng đủ các yêu cầu: trở kháng đầu vào cao, độ rộng băng tần lớn, độ lợi lớn, độ tuyến tính cao, …..
Trở kháng nguồn vào : là tổng trở khi ta quan sát từ ngõ vào điện áp nối đến ngõ vào của mạch khuếch đại transistor. Để ngăn mạch khuếch đại transistor tải điện áp từ ngõ vào thì mạch khuếch đại này phải có trở kháng cao
Độ rộng băng tần
Độ rộng của dải tần mà bộ khuếch đại hoàn toàn có thể khuếch đại đúng chuẩn ( không bị rơi lệch quá nhiều ) được gọi là độ rộng băng tần của chính mạch khuếch đại đó. Thường thì độ rộng băng tần được thống kê giám sát dựa trên điểm mà điện áp ngõ ra bằng 50% điện áp đỉnh ( nhìn trên đồ thị trình diễn đối sánh tương quan tần số ngõ ra với Vs ). Nói rõ ràng hơn, độ rộng băng tần là chênh lệch giữa điểm nữa điện áp trên với điểm nửa điện áp duới. Độ rộng băng tần của một mạch khuếch đại chất lượng phải nằm trong khoảng chừng 20H z đến 200KH z vì dải độ rộng này nằm trong khoảng chừng nghe được của tai nguời. Tần số hồi tiếp của một thành phần RC nối với transistor được màn biểu diễn ở hình dưới đây, với P1 và P2 lần lượt là điểm nửa điện áp trên và điểm nửa điện áp dưới .
Độ lợi
Độ lợi của mạch khuếch đại là tỷ số hiệu suất ngõ ra với hiệu suất ngõ vào, biểu lộ cho năng lực khuếch đại tín hiệu được đưa vô ngõ vào. Độ lợi hoàn toàn có thể được trình diễn bằng số hoặc màn biểu diễn bằng Decibel ( dB ). Công thức độ lợi G = Pra / Pvào. Độ lợi màn biểu diễn về dB sẽ có công thức G =
10 lg ( Pra / Pvào ). Ở đây Pra là hiệu suất ngõ ra, Pvào là hiệu suất ngõ vào. Độ lợi cũng hoàn toàn có thể được bộc lộ dưới dạng điện áp đầu ra chia điện áp đầu vào hoặc dòng điện đầu ra chia dòng điện nguồn vào. Có thể biểu thị độ lợi điện áp với decibel bằng phương trình : Av ( dB ) = 20 log ( Vout / Vin ) và độ lợi dòng điện hoàn toàn có thể được bộc lộ bằng phương trình Ai ( dB ) = 20 log ( Iout / Iin ) .
Hiệu suất
Hiệu suất biểu lộ sự hiệu suất cao trong việc sử dụng nguồn cấp của bộ khuếch đại. Hiệu suất thường được biểu lộ dưới dạng Xác Suất với công thức tính hiệu suất H = ( Pout / Ps ) * 100
Trong đó, H là hiệu suất ( % ), Pout là hiệu suất ngõ ra, Ps là hiệu suất nguồn cung ứng
Mạch khuếch đại mắc A đạt 25 % hiệu suất, mạch khuếch đại mắc AB đạt 55 % hiệu suất, mạch mắc C là 90 % hiệu suất. Mạch mắc kiểu A mô phỏng rất tốt tín hiệu khuếch đại nhưng hiệu suất sử dụng nguồn cấp thì thấp trong khi mắc C mặc dầu hiệu suất cao nhưng mô phỏng tín hiệu ngõ ra rất tệ. Mắc AB thường được sử dụng thông dụng nhất trong mạch khuếch đại âm thanh vì nó trung hòa khuyết điểm của 2 cách mắc trên
Tính ổn định
Tính không thay đổi ở đây là năng lực chống lại giao động của bộ khuếch đại. Những giao động này hoàn toàn có thể là những xê dịch với biên độ lớn, làm nhiễu tín hiệu có ích hoặc tín hiệu biên độ rất thấp, tín hiệu xê dịch có tần số cao trong dãy phổ tín hiệu. Thường thì sự bất ổn định xảy ra trong quy trình mạch khuếch đại hoạt động giải trí với tần số cao, tiệm cận với tần số 20KH z. Tích hợp thêm một mạng lưới Zobel ở ngõ ra, cung ứng tín hiệu hồi tiếp âm sẽ cải tổ tính không thay đổi
Tốc độ thay đổi
Tốc độ đổi khác của bộ khuếch đại là vận tốc đổi khác đầu ra tối đa trên một đơn vị chức năng thời hạn khi đầu vào biến hóa. Nói một cách đơn thuần, nó đại diện thay mặt cho vận tốc của bộ khuếch đại. Tốc độ xoay thường được bộc lộ phương trình là SR = dVo / dt .
Sự tuyến tính
Bộ khuếch đại được gọi là tuyến tính nếu có mối quan hệ tuyến tính giữa hiệu suất nguồn vào và hiệu suất đầu ra. Biểu thị cho tính phẳng phiu của độ lợi. Sự tuyến tính 100 % là không hề đạt tới. Trong thực tiễn thì những mạch khuếch đại sử dụng BJT, JFET, MOSFET có xu thế giảm độ lợi khi hoạt động giải trí ở tần số cao nhờ đặc thù của những tụ ký sinh. Ngoài ra, những tụ tách rời DC nguồn vào ( được thấy trong hầu hết những mạch khuếch đại âm thanh thực tiễn ) đặt tần số cắt thấp hơn .
Nhiễu
Nhiễu là những xê dịch hoặc tần số ngoài ý muốn. Xuất hiện hoàn toàn có thể do lỗi phong cách thiết kế mạch, do đặc thù đặc trưng của một vài thành phần cấu thành của mạng lưới hệ thống, do sự ảnh hưởng tác động từ bên ngoài, dẫn đến sự ảnh hưởng tác động lẫn nhau giữa 2 hoặc nhiều tín hiệu hiện hữu trong mạng lưới hệ thống
Độ uốn của áp đầu ra
Độ uốn điện áp đầu ra là khoanh vùng phạm vi tối đa mà tín hiệu đầu ra của bộ khuếch đại không bị méo dạng. Nó được định nghĩa bởi chênh lệch giữa đỉnh dương và đỉnh âm của đồ thị ngõ ra và trong những bộ khuếch đại cung ứng đơn, nó được đo từ đỉnh dương xuống GND. Độ uốn điện áp đầu ra thường phụ thuộc vào vào những yếu tố như điện áp phân phối, độ lệch và hiệu suất từng bộ phận trong mạch .
Bộ khuếch đại mắc E chung
Bộ khuếch đại ghép nối RC mắc E chung là một trong những bộ khuếch đại dùng transistor đơn thuần và cơ bản nhất. Đừng kỳ vọng nhiều sự bùng nổ từ mạch nhỏ này, mục tiêu chính của mạch này để làm cho tín hiệu yếu trở nên đủ mạnh. Nếu được phong cách thiết kế đúng, bộ khuếch đại này hoàn toàn có thể cung ứng những đặc tính tín hiệu tuyệt vời .
Tụ điện Cin là tụ tách rời thành phần DC nguồn vào, chặn bất kể thành phần DC nào đến cực B của Q1. Nếu bất kể điện áp DC bên ngoài nào tác động ảnh hưởng tới cực B Q1, nó sẽ làm ảnh hưởng tác động đến hiệu suất của bộ khuếch đại .
R1 và R2 là những điện trở phân cực. Mạng này phân phối cho cực B transistor điện áp phân cực thiết yếu để đưa nó vào vùng hoạt động giải trí. Vùng hoạt động giải trí mà transistor được ngắt trọn vẹn được gọi là vùng ngắt và vùng hoạt động giải trí mà transistor được bật trọn vẹn đóng ( giống như một công tắc nguồn đóng ) được gọi là vùng bão hòa. Vùng nằm giữa vùng ngắt và vùng bão hòa được gọi là vùng hoạt động giải trí. Tham khảo hình dưới để hiểu rõ hơn. Để một bộ khuếch đại transistor hoạt động giải trí đúng, nó nên hoạt động giải trí trong vùng hoạt động giải trí. Như tất cả chúng ta đã biết, một transistor silicon cần 0,7 volt để chuyển sang trạng thái dẫn và chắc như đinh 0,7 V này sẽ được lấy từ tín hiệu âm thanh nguồn vào của transistor. Vì vậy, tổng thể những phần của dạng sóng nguồn vào có biên độ nhỏ hơn 0,7 V sẽ không có trong dạng sóng đầu ra. Mặt khác, nếu transistor được đặt một áp lớn vào đầu B, nó sẽ đi vào trạng thái bão hòa ( BẬT trọn vẹn ) và hoạt động giải trí như một công tắc nguồn đóng để bất kể đổi khác nào ở điện áp đầu vào cực B sẽ không gây ra bất kể đổi khác cho đầu ra. Điện áp giữa cực C và cực E sẽ là 0,2 V ở điều kiện kèm theo Vce sat = 0,2 V .
C(out) là tụ tách rời thành phần DC đầu ra. Nếu tụ điện này không được sử dụng, đầu ra của bộ khuếch đại (Vout) sẽ được kẹp bởi mức DC có mặt tại cực C transistor.
Rc là điện trở cực C và Re là điện trở cực E. Các giá trị của Rc và Re được chọn sao cho 50 % Vcc được ghim giữa cực C và cực E của transistor. Điều này được triển khai để bảo vệ rằng điểm hoạt động giải trí được đặt ở TT của đường đồ thị tải ( đường màu đỏ của hình trên ). 40 % Vcc được ghim trên Rc và 10 % Vcc được ghim trên Re. Việc tăng điện áp cao hơn trên Re sẽ làm giảm sự giao động điện áp đầu ra và vì thế, tất cả chúng ta nên phong cách thiết kế sao cho điện áp rơi trên Re = 10 % Vcc. Ce là tụ điện by-pass. Ở điều kiện kèm theo tín hiệu bằng không ( nghĩa là không có nguồn vào ) chỉ có dòng tĩnh ( được đặt bởi những điện trở phân cực R1 và R2 chảy qua Re ). Dòng điện này là dòng điện trực tiếp có cường độ vài milli ampe và Ce không đóng vai trò gì cả. Khi có tín hiệu nguồn vào, transistor khuếch đại nó và hiệu quả là một dòng điện xoay chiều tương ứng chạy qua Re. Công việc của Ce là bỏ lỡ thành phần xen kẽ này của dòng cực E. Nếu không có Ce, hàng loạt dòng cực E sẽ chạy qua Re và điều đó gây ra sụt áp lớn trên nó. Sự sụt giảm điện áp này được thêm vào Vbe của transistor và mạch sẽ hoạt động giải trí rơi lệch. Thực tế, điều này sẽ khiến mạch bị giảm độ lợi .
