›
›

Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 3: Khuếch đại công suất cao tần và nhân tần số

Download
32  
Chöông 3  
Chöông 3  
KHUEÁCH ÑAÏI COÂNG SUAÁT CAO TAÀN  
VAØ NHAÂN TAÀN SOÁ  
3.1 PHAÂN TÍCH MAÏCH KHUEÁCH ÑAIÏ COÂNG SUAÁT CAO TAÀN (KÑCSCT)  
Maïch KÑCSCT naèm ôû ngoõ ra maùy phaùt thoûa caùc yeâu caàu sau:  
hieäu suaát cao, ít saùi daïng, choïn loïc taàn soá, taän duïng tôùi ngöôõng khaû  
naêng cung caáp coâng suaát cuûa phaàn töû tích cöïc (doøng vaø aùp). Coâng suaát  
ra coù theå töø mW tôùi MW tuøy theo muïc ñích söû duïng.  
+Vcc  
CB  
RFC  
Pi  
RA  
Req  
zi  
RFC  
ziQ  
RB  
VBo  
G
D
S
RFC  
RA  
zi  
RG  
-VGo  
CB  
RFC  
+VDD  
RA trôû khaùng anten thöôøng 50 ; 75   
CB tuï loïc thoaùt cao taàn; RFC cuoän chaën cao taàn.  
Hình 3.1 Maïch KÑCSCT a) Duøng BJT; b) Duøng FET  
BJT, FET coi nhö khoâng coù quaùn tính, ñaùp öùng vaøo - ra töùc thôøi.  
Duøng ñaùp tuyeán truyeàn daãn IC(V  
hay ID(V  
ñeå phaân tích nguyeân  
)
)
BE  
GS  
lyù hoaït ñoäng maïch KÑCSCT noùi chung.  
33  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
Giaû söû VB 0V, ta coù ñoà thò bieåu dieãn tín hieäu vaøo  
o
vi Vi cosot vaø doøng Ic(t) nhö hình 3.2.  
IC  
IC  
ICm  
0,7  
0
0
VEE(V)  
t
v
t
Hình 3.2  
Ñònh nghóa: goùc caét laø moät nöûa khoaûng thôøi gian doøng Collector  
o
toàn taïi trong moät chu kyø tín hieäu. Vaäy: cheá ñoä A:   180 ; cheá ñoä B:  
o
  90 ; cheá ñoä C:   90 ; cheá ñoä AB: 90    180  
Phaân tích Ic(t) theo chuoãi Fourier:  
.
Ic(t) Ic Ic cosot Ic cos2ot Ic cos3ot ...  
o
1
2
3
Ic(t) Ic Ic cosot   
Ic cosnot  
n
o
1
n2  
Thaønh phaàn doøng moät chieàu:  
2  
1
2  
IC  
IC dt o().ICm  
(t)  
o
0
ICm - bieân ñoä xung doøng collector; o heä soá phaân tích haøi:  
sin   cos  
o()  
(1 cos)  
Bieân ñoä thaønh phaàn doøng haøi cô baûn (haøi 1):  
1 2  
IC  
(t) costdt  1().ICm  
C
I  
1
0
  sincos  
(1 cos)  
1()  
Bieân ñoä thaønh phaàn doøng haøi n:  
34  
Chöông 3  
1 2  
I  
0
IC  
(t) cosntdt n().ICm  
C
n
2
sinncos  ncosnsin  
n(n2 1)(1 cos)  
n()  
vôùi n = 2, 3,...  
n() - heä soá phaân tích haøi coù daïng ñoà thò sau:  
n()  
1  
0,54  
0,5  
o  
0,4  
0,3  
0,2  
0,1  
2  
3  
o  
40  
30  
60  
90  
120  
150  
180  
Hình 3.3 Ñoà thò n()  
Coâng suaát nguoàn cung caáp Po Ico.Vcc  
Coâng suaát ra cuûa doøng haøi cô baûn:  
1
2
1
2
P Ic2 .Req  
Ic .Vc  
1 1  
1
1
trong ñoù: Vc Ic .Req - bieân ñoä ñieän aùp xoay chieàu haøi 1 ôû collector.  
1
1
Vc  
Ic  
1
Req  
- trôû khaùng ra cuûa BJT theo haøi 1 ôû cheá ñoä ñang xeùt.  
1
Coâng suaát tieâu taùn treân collector P Po P  
tt  
1
Hieäu suaát taàng khueách ñaïi:  
Ic Vc  
P
Po  
1  
2 o  
1
1
1
1
1
1   
.
.
.
.  
2 Ic Vcc  
o
Vc  
1
vôùi    
laø heä soá söû duïng ñieän aùp nguoàn cung caáp  
Vcc  
35  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
1(  
1()  
)
1  
Vaäy 1 tyû leä vôùi  
o(  
)
o()  
Hieäu suaát 1 daãn ñeán 1  
khi goùc caét   0 vaø trò tuyeät  
ñoái ñieän aùp phaân cöïc, bieân ñoä  
tín hieäu vaøo Vi raát lôùn phi thöïc  
teá. Do ñoù, ñeå coù 1 ñuû lôùn  
thöôøng choïn 60o0 90o, hieäu  
suaát ñaït 1 = 0,70,75, thöïc teá  
chæ khoaûng 0,60,65. Taàn soá  
2
1
0
30  
60  
90 120 150 180  
o  
1()  
Hình 3.4 Ñoà thò  
~  
1
o()  
taêng, hieäu suaát giaûm, tuøy ñieàu kieän cuï theå choïn caùc cheá ñoä khueách ñaïi  
khaùc nhau. Ví duï trong truyeàn hình, vi ba soá caàn coù ñoä tuyeán tính cao,  
duøng cheá ñoä A. Trong maùy phaùt thanh FM, thoâng tin FM, traïm goác  
thu phaùt BTS cuûa heä thoáng thoâng tin di ñoäng teá baøo duøng cheá ñoä B.  
Trong caùc maùy ñieän thoaïi di ñoäng, ñieän thoaïi cordless telephone duøng  
cheá ñoä C. Moät cheá ñoä ñaëc bieät laø cheá ñoä D seõ ñöôïc ñeà caäp sau.  
Neáu boû qua ñieän aùp, haøi baäc cao nhoû khoâng ñaùng keå so vôùi haøi 1,  
ñieän aùp töùc thôøi treân cöïc C trong hình 3.1 laø:  
Vc Vcc Vc cosot  
; Vc Vcc VCE baõohoøa  
1
1
Neáu coi   1; VCE baõo hoøa << Vcc thì Vc  
2Vcc  
max  
VCE  
max  
Vaäy nguoàn cung caáp choïn Vcc   
2
3.2 PHÖÔNG PHAÙP TÍNH TOAÙN TAÀNG KÑCSCT  
1- Cho taàn soá laøm vieäc, coâng suaát treân taûi anten.  
2- Choïn linh kieän tích cöïc (BJT, FET, ñeøn ñieän töû...), coù caùc  
thoâng soá töø soå tay.  
3- Choïn phaân cöïc vaø maïch thích hôïp.  
4- Tính toaùn caùc thoâng soá naêng löôïng Po, P , 1, Ptieâu taùn, Pi...  
1
5- Tính maïch phoái hôïp trôû khaùng vaøo vaø ra.  
6- Coâng suaát kích Pi vaø trôû khaùng vaøo Zi laø thoâng soá tính ngöôïc  
laïi taàng tröôùc cuoái.  
Pn  
Möùc coâng suaát nhieãu haøi baäc cao 10lg  
  40dB (CCIR)  
P
1
n2  
36  
Chöông 3  
Hình 3.5 Sô ñoà maïch khueách ñaïi coâng suaát cao taàn thöïc teá  
ñieän thoaïi voâ tuyeán di ñoäng CRT 904  
37  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
Vcc  
0,01  
2SC1946A  
RFC  
fo = 94MHz  
PA  
24W  
Pi 2W  
Q1  
Zi 50  
RA  
50  
15p  
4/25p  
68p  
Hình 3.6 Modul KÑCSCT 20 W/94MHz cho maùy phaùt thanh FM  
+Vcc  
0,01  
0,01  
L1  
L2  
fi = 16MHz  
fo = 48MHz  
RA  
47k  
68k  
10  
68  
Q2  
Q1  
0,01  
82  
56  
120  
50  
C2812  
C2814  
Hình 3.7 Sô ñoà taàng ra ñieän thoaïi Cordless Telephone Sanyo  
+15V  
0,01  
0,01  
2/8  
100  
68  
RA  
50  
5/35  
68  
2N3375  
2T922B  
18  
7/35  
Hình 3.8 Modul hai taàng KÑCSCT 12W - 175MHz  
+24V  
103  
103  
2/8  
100  
RA  
50  
33  
100  
10/30  
10/30  
2N3375  
BLY93C  
Hình 3.9 Modul hai taàng KÑCSCT 20W - 138MHz  
cho ñieän thoaïi voâ tuyeán coá ñònh  
38  
Chöông 3  
KÑCSCT maéc CE (BJT) cho ta heä soá khueách ñaïi coâng suaát lôùn,  
nhöng laïi bò giôùi haïn bôûi taàn soá hoaït ñoäng. Taàn soá taêng thì coâng suaát  
giaûm. Maéc CB cho ta heä soá khueách ñaïi coâng suaát nhoû hôn, nhöng laïi  
hoaït ñoäng oån ñònh hôn ôû taàn soá cao. Phöông phaùp phaân tích - tính  
toaùn töông töï caùch maéc CE.  
+Vcc  
CB  
Pi  
RA  
Zi  
Hình 3.10 KÑCSCT B chung  
Hieän nay caùc loaïi FET, MOSFET, GaAs FET coâng suaát cao taàn ñöôïc  
duøng raát nhieàu trong thoâng tin veä tinh VSAT, thoâng tin di ñoäng, phaùt  
thanh, phaùt hình coù heä soá khueách ñaïi coâng suaát lôùn, oån ñònh ôû taàn soá  
cao côû GHz. Phöông phaùp phaân tích - tính toaùn töông töï BJT.  
Baûng thoâng soá MOSFET model môùi.  
Coâng suaát ra  
Po  
Taàn soá hoaït ñoäng  
fo  
Heä soá khueách ñaïi  
coâng suaát Ap  
Ap = 10  
Loaïi  
2 SK 2216  
2 SK 2217  
140 W  
60 W  
1 15 GHz  
1 15 GHz  
Ap = 10  
3.3 GHEÙP SONG SONG VAØ ÑAÅY KEÙO  
Caùc linh kieän BJT, FET, MOSFET bò giôùi haïn coâng suaát ra. Döôùi  
ñaây seõ trình baøy caùch taêng coâng suaát baèng caùch duøng gheùp song song,  
hoaëc gheùp ñaåy keùo.  
1- Gheùp song song: Yeâu caàu hai veá caân ñoái vôùi nhau.  
Gheùp song song cho coâng suaát ra taêng gaáp hai laàn so vôùi maéc ñôn,  
doøng ra taêng gaáp ñoâi, tuy nhieân trôû khaùng ra cuûa moãi veá laïi giaûm moät  
nöûa ñeå baûo ñaûm cho cheá ñoä hoaït ñoäng toái öu. Ngaøy nay, coâng ngheä kyõ  
thuaät cao ñaõ cho pheùp cheá taïo moät, hay nhieàu caëp baùn daãn cuøng thoâng  
soá treân moät phieán tinh theå ñeå tieän duïng cho thieát keá maïch. Ñaáu song  
song coù öu ñieåm laøm taêng ñieän dung vaøo - ra cuûa taàng khueách ñaïi, giaûm  
taàn soá hoaït ñoäng. Song vieäc khoù phoái hôïp trôû khaùng, vaø söï khoâng tuyeät  
ñoái gioáng nhau cuûa moät caëp baùn daãn ñaõ laøm haïn cheá kieåu maéc naøy.  
39  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
Input  
+Vcc  
RA  
a)  
+Vcc  
RA  
b)  
Hình 3.11 Gheùp song song KÑCSCT: a) B chung; b) E chung  
2- Gheùp ñaåy keùo  
Caùch naøy ñöôïc duøng khaù phoå bieán, chuùng coù phaân cöïc goùc caét  
  90 , khueách ñaïi tuyeán tính. Ñoù laø hai boä KÑCSCT gioáng nhau gheùp  
chung taûi, ñöôïc kích bôûi hai tín hieäu vaøo cuøng bieân ñoä, ngöôïc pha qua  
bieán aùp T1.  
+Vcc  
Q1,2  
MRF454  
I  
Pi 5W  
PA 80W  
2
30MHz  
I1  
Q1  
RA  
50  
T1  
T2  
Q2  
I2  
Hình 3.12 Maéc ñaåy keùo duøng BJT: 80 W; Ap = 16  
Ñeå ñaït cheá ñoä toái öu, trôû khaùng ra cuûa moãi veá phaûi gaáp hai laàn  
maéc ñôn, doøng haøi cô baûn khoâng ñoåi neân coâng suaát ra gaáp hai laàn so  
vôùi maéc ñôn. So saùnh gheùp ñaåy keùo push - pull vôùi maéc ñôn, ta coù:  
40  
Chöông 3  
10H  
Bias  
+Vcc  
50V  
0,47  
0,003  
Q1  
0,003  
2,7H  
I  
Pi 63W  
I  
10  
30MHz  
T1  
T2  
20  
H
20  
20  
RF  
out  
410  
Q2  
20  
H
0,1  
16:1  
9:1  
I  
0,003  
2,7H  
Q1,2  
Bias  
Ap 12dB; Ic  
MRF154  
2P ;  
pp  
Ic  
;
P
1
1
1
1
pp  
I
2I  
;
co  
P
2P; A  
A ; y  
   
1
pp  
co  
i
i
p
p
1
pp  
pp  
pp  
Hình 3.13 Gheùp ñaåy keùo duøng MOSFET 1 kW  
Öu ñieåm gheùp ñaåy keùo:  
1- Taêng coâng suaát gaáp hai laàn maéc ñôn.  
2- Cho cheá ñoä ñôn haøi khoâng caàn maïch loïc phoái hôïp phöùc taïp  
khi   90  
.
3- Tuï loïc nguoàn nhoû deã coù.  
4- Khueách ñaïi tuyeán tính.  
Nhöôïc ñieåm: khoù thöïc hieän ñoàng nhaát hai veá.  
Doøng ra cuûa Q1,2 chaûy qua cuoän sô caáp T2 ngöôïc chieàu nhau vaø  
leäch nhau 180o, do ñoù doøng chaûy qua cuoän thöù caáp T2 tyû leä vôùi hieäu  
cuûa chuùng: I I1 I2 Ic cosot Ic cos3ot Ic cos5ot ...  
1
3
5
ÔÛ cheá ñoä B(= 90o) do haøi leû 3, 5, 7,... baèng khoâng, neân doøng ra  
chæ coøn thaønh phaàn cô baûn I I1 I2 Ic cosot . Do ñoù maïch loïc  
1
phoái hôïp ra ñôn giaûn.  
Doøng toång I2Ic 2Ic cos2ot 2Ic cos4ot ...  
o
2
4
Caùc thaønh phaàn haøi cao deã loïc döôùi tuï loïc nguoàn nhoû.  
41  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
VGG  
VDD  
1n  
+
1n 10  
4,7k  
20p  
Input  
g/4  
3p  
5p  
50  
g/4  
Output  
50  
20p  
3p  
10p  
5p  
10p  
+
4,7k  
2SK2216  
1n  
1n 10  
VDD  
VGG  
Hình 3.14 Khueách ñaïi coâng suaát ra cao taàn traïm goác BTS ñieän thoaïi di  
ñoäng fo = 860 MHz; PA = 280 W, 1 = 0,55  
3.4 GHEÙP PHÖÙC HÔÏP ÑAÅY KEÙO - SONG SONG  
Cho coâng suaát ra lôùn.  
Hình 3.15 Gheùp phöùc hôïp 600W - UHF  
42  
Chöông 3  
3.5 COÄNG COÂNG SUAÁT CAO TAÀN  
Coäng coâng suaát cao taàn töø caùc modul coâng suaát lôùn ñöôïc duøng  
nhieàu trong caùc heä thoáng phaùt thanh, truyeàn hình,... Ñoái vôùi hình 3.15  
caàn thoûa:  
1
C1  
1
C3  
2
C2  
X  L1  L2   
RB 2RL  
X RL. 2  
RB = 2R  
RL = R  
L1  
L2  
Zi = R  
Zi = R  
C1  
C2  
C3  
Hình 3.16 Coäng coâng suaát duøng LC hình   
RB = 2R  
T1 1:1  
RB = 2R  
ZL = R  
T2 1:1  
Zi = R  
Zi = R  
Zi = R  
ZL = 2R  
Zi = R  
a)  
b)  
Hình 3.17 Coäng coâng suaát duøng bieán aùp cho hai loaïi taûi  
a) Taûi ñoái xöùng; b) Taûi baát ñoái xöùng  
+
+
Hình 3.18 Nguyeân lyù coäng modul coâng suaát lôùn  
43  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
3.6 VI MAÏCH KÑCSCT  
Ngaøy nay coâng ngheä vi maïch hieän ñaïi ñaõ cheá taïo nhieàu modul  
KÑCSCT coù chaát löôïng, goïn, nhoû, ñaëc bieät höõu duïng trong caùc maùy di  
ñoäng, caàm tay. Ví duï vi maïch IC16 lead psop 1,9 GHzHBTPA - LNA T/R  
MMIC.GaAs.  
Vi maïch naøy ñöôïc cheá taïo theo coâng ngheä MMIC (monolithic  
microwave integrated cireuits) goàm hai taàng KÑCSCT coù möùc ra  
23dBm, ñieàu chænh coâng suaát baèng caùch thay ñoåi nguoàn cung caáp vaø  
moät taàng khueách ñaïi nhieãu thaáp LNA (low noise amp) ngoõ vaøo maùy  
thu ñieän thoaïi di ñoäng ôû taàn soá 1,9GHz.  
Vcc PAPd  
Vcc driver  
Vcc driver  
Pd  
Vcc PA  
Power  
down  
Power  
down  
Rf  
15p  
Lpackage  
23dBm  
1,8p  
8,2p  
RBB  
Lpackage  
1,8p  
110ma  
36ma  
Hình 3.19 Sô ñoà vi maïch KÑCSCT ñieän thoaïi di ñoäng caàm tay  
+Vcc  
13,6V  
+
+
+
C3  
3
MHW  
252  
2
1
4
RA  
50  
C1  
C2  
R2  
R1  
R3  
Hình 3.20 Vi maïch MOTOROLA MHW - 252/25 W/144 148 MHz/  
44  
Chöông 3  
MHW 820  
1
2
3
4
5
Z2  
Z1 C1 C2  
C4 C5 C6  
C7 C8 C9  
C3  
RFin  
Vcc2  
Vcc3  
Vcc1  
12,5V/0,45A  
C1,4,7:1  
12,5V/1,25A  
12,5V/3,2A  
C,3,6,9:0015F  
RA  
F
C2,5,8:1F  
50  
Hình 3.21 Vi maïch MOTOROLA MHW - 820/20 W/806 950 MHz/  
Ap = 20 dB/duøng cho traïm goác BTs ñieän thoaïi di ñoäng teá baøo  
3.7 TRUNG HOØA  
Heä soá khueách ñaïi vaø ñoä oån ñònh cuûa KÑCSCT coù theå ñöôïc caûi  
thieän baèng caùch giaûm hoài tieáp kyù sinh qua ñieän dung giöõa caùc ñieän cöïc  
beân trong phaàn töû tích cöïc nhö Cb'c cuûa BJT maéc E chung, CGD cuûa  
FET maéc S chung hay CGA cuûa ñeøn ñieän töû maéc catot chung. Ñeøn vaø  
FET coù trôû khaùng vaøo, ra lôùn, ñöôøng hoài tieáp giöõa caùc ñieän cöïc phaûi coù  
trôû khaùng cao ñeå traùnh söï giaûm ñoä lôïi do hoài tieáp aâm. Neáu hoài tieáp  
döông maïch seõ töï kích. Taàn soá caøng taêng, aûnh höôûng hoài tieáp kyù sinh  
caøng lôùn. Baèng caùch theâm moät nhaùnh hoài tieáp song song töø ngoõ ra trôû  
laïi ngoõ vaøo, ta coù theå trieät tieâu hoài tieáp kyù sinh beân trong linh kieän  
tích cöïc. Kyõ thuaät naøy goïi laø trung hoøa.  
+Vcc  
Lb  
La  
Cn  
Cb'  
c
1
Ln  
w2Cb'c  
+
Cb’c  
Rn  
CB  
Ln  
La  
Lb  
Cb’c  
Cn  
RA  
a)  
b)  
Vcc  
Hình 3.22 Maïch trung hoøa  
45  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
Hình 3.23 Modul KÑCSCT cheá ñoä A - maùy phaùt TV VHF; zi = zo = 50  
Ap = 13dB; Po = 30W; Vcc = 28; taàn soá 175 230MHz  
46  
Chöông 3  
+Vcc  
20V  
RA  
2N3866  
2N3375  
Hình 3.24 KÑCSCT cheá ñoä A - 1W truyeàn hình baêng VL  
+Vcc  
20V  
RA  
2T911A  
2T930A  
Hình 3.25 KÑCSCT cheá ñoä A - 1W baêng VH truyeàn hình  
3.8 NHAÂN TAÀN SOÁ  
Moät daïng ñaëc bieät cuûa khueách ñaïi cheá ñoä C laø nhaân taàn soá. Töø  
phaân tích haøi ta thaáy neáu taûi coäng höôûng ôû n laàn taàn soá vaøo thì thaønh  
phaàn doøng haøi ICn taïo neân suït aùp VCn ICn cosnot.Req(n) coù taàn soá  
o
gaáp n laàn taàn soá vaøo töùc laø coù nhaân taàn soá.  
Nhaân taàn soá nhaân caû ñoä di taàn duøng trong maùy phaùt FM. Ngoaøi  
ra noù coù theå laø khaâu trung gian taïo taàn soá cao oån ñònh töø dao ñoäng  
chuaån thaïch anh.  
Ñeå ñaït cheá ñoä toái öu ICnmax nmax .ICm , goùc caét caàn coù  
o
120o  
n
120  
n
1
2
0,54  
n
n   
vaø n  
. Coâng suaát ra Pn IC2n.Req(n  
.
)
o
max   
Pn  
Po  
Hieäu suaát n   
.
Vôùi n taêng, ICn vaø Pn giaûm nhanh neân thöôøng ngöôøi ta chæ nhaân  
2, 3, 4, 5. Muoán nhaân nhieàu, neân khueách ñaïi giöõa caùc taàng nhaân.  
Maïch thöïc teá nhaân taàn soá khoâng ñoøi hoûi ôû cheá ñoä toái öu, maø chæ caàn  
laáy ra taàn soá mong muoán.  
47  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
1000  
1000  
50  
42MHz  
21MHz  
C1  
L1  
60/80  
Vcc  
12V  
60/80  
170/780  
170/780  
C2  
Hình 3.26 Maïch nhaân hai taàn soá  
0,01  
10n  
Vcc  
12V  
4,7k  
33  
33  
47k  
150  
10n  
12MHz  
10n  
10n  
68  
560  
Out  
33  
22  
14MHz  
22  
1n  
1n  
10n  
100  
3,3k  
100k  
220k  
100k  
10n  
12 10n  
10n  
Khueách ñaïi  
3
2
2  
3
BF244  
BS 20  
Hình 3.27 Khueách ñaïi cao taàn vaø nhaân taàn soá n = 12  
60  
Out  
to Tx  
47  
12  
8,2k  
15k  
TA  
1k  
Out  
to Rx  
30  
15k  
500  
450MHz  
500  
47  
47  
9V  
500  
500  
500  
500  
+12V  
Vcc  
OSC  
3  
3  
3
BF199  
Hình 3.28 Dao ñoäng thaïch anh vaø nhaân taàn soá n = 9  
Nhaân taàn soá thöôøng ñöôïc duøng trong caùc maùy phaùt FM, PM ñeå  
taêng ñoä di taàn, ñoä di pha cuõng nhö chæ soá ñieàu cheá, thöïc hieän FM daûi  
roäng, PM daûi roäng.  
48  
Chöông 3  
3.9 KHUEÁCH ÑAÏI CHEÁ ÑOÄ D  
Cheá ñoä A cho khueách ñaïi tuyeán tính cao thöôøng ñöôïc duøng trong  
truyeàn hình, vi ba soá, maëc duø hieäu suaát nhoû hôn 0,5.  
Cheá ñoä B vaø C coù hieäu suaát cao hôn, coâng suaát tieâu taùn vaãn lôùn  
khoaûng moät phaàn ba coâng suaát nguoàn cung caáp (1 = 0,650,75), daûi  
thoâng heïp. Tuy nhieân, chuùng ñöôïc öùng duïng roäng raõi vì do tính höõu hieäu.  
Cheá ñoä D hay coøn goïi cheá ñoä khoùa döôùi ñaây cho hieäu suaát raát  
cao, coâng suaát tieâu taùn raát thaáp, ñoä tin caäy cao, duøng trong moät soá  
tröôøng hôïp ñaëc bieät. ÔÛ cheá ñoä D baùn daãn coù hai traïng thaùi, hoaëc taét  
doøng ic = 0 hoaëc daãn ñeán baõo hoøa Ic = Icm; ñieän aùp cöïc c: Vc = Vsat 0.  
Vieäc chuyeån traïng thaùi raát nhanh do nguoàn kích lôùn, neân coâng suaát  
tieâu taùn (toån hao) raát nhoû, hieäu suaát chuyeån ñoåi coù theå ñaït gaàn baèng 1  
(100%). Ñaây chính laø cô sôû cuûa cheá ñoä khueách ñaïi D, E, S.  
va  
Vcc  
Vcc  
Q2  
Vcc  
va  
vi  
0
t
L
L
C
RL  
RL  
Q2  
-Vcc  
a)  
b)  
-Vcc  
c)  
-Vcc  
Hình 3.29 a) Khueách ñaïi cheá ñoä D  
b) Maïch töông ñuông; c) Daïng tín hieäu ra  
Neáu Q1 taét, Q2 daãn ñeán baõo hoøa vaø ngöôïc laïi. Daïng tín hieäu vaøo  
kích vi chöõ nhaät, daïng tín hieäu ra Va cuõng chöõ nhaät. Töø phaân tích  
chuoãi fourier coù bieân ñoä ñieän aùp haøi cô baûn: V1 4Vcc/Moãi baùn daãn  
Q1,2 daãn nöûa chu kyø, neân doøng maùng moät chieàu cuûa moãi transistor laø:  
T/2 4Vcc  
4Vcc  
2.RL  
1
RLT  
IDo  
.sintdt   
0
vôùi: T - chu kyø tín hieäu; Po - laø coâng suaát nguoàn cung caáp  
8Vc2c  
Po 2Vcc.IDo  
2.RL  
2  
4V  
8Vc2c  
2.RL  
1
2
Coâng suaát ra P V12.RL   
2RL   
P  
1lyùtöôûng  
cc  
1
49  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
P
Po  
1
Ñaây laø tröôøng hôïp lyù töôûng, coù hieäu suaát 1   
1.  
Ví duï 3.1 Thieát keá khueách ñaïi coâng suaát cheá ñoä D coù coâng suaát ra  
20W, taûi 50. Tính Vcc vaø IDo.  
8Vc2c  
2.RL  
4Vcc  
P RL2  
1
Giaûi: P   
20W Vcc   
0,285 A  
35,1 V  
1
8
IDo  
RL2  
Vcc  
Thöïc teá, khi daãn hoaøn toaøn  
ñieän aùp baõo hoøa cuûa BJT vaø ñieän  
trôû daãn Ron cuûa FET khaùc 0. ÔÛ  
BJT VC baõo hoøa < 0,1Vcc phaân tích  
cho thaáy hieäu suaát chuyeån ñoåi  
Vbaõohoøa  
Ron  
Ron  
L
C
RL  
VL  
  1   
, coøn  
veà lyù  
1
Vcc  
thuyeát ñaït 0,81.  
Moät löu yù: caàn coù taûi tieâu  
taùn cho haøi baäc cao ôû trong maïch.  
Hình 3.30 Moâ hình FET  
khoâng lyù töôûng ôû cheá ñoä D  
-Vcc  
Giaû söû maïch ñieàu höôûng noái tieáp LC coù ñoä choïn loïc cao, ñieän aùp  
ra treân taûi laø:  
vL   
4Vcc.RL  
(RL Ron)  
.sint VL.sint  
4V  
cc  
Doøng moät chieàu cuûa nguoàn cung caáp: IDo  
2 (RL Ron)  
8Vc2c  
2 (RL Ron)  
Coâng suaát nguoàn cung caáp: Po   
2  
8Vc2c  
RL  
RL  
R R  
Coâng suaát ra taûi: P   
.
P  
1   
1
2 (RL Ron)2  
L
on  
P
Po  
RL  
RL Ron  
Ron  
RL  
1
Hieäu suaát haøi 1: 1   
1   
Neáu Ron  RL thì 1.  
1
Ví duï 3.2 Cho VMOS 2N6659S coù Ron = 2vôùi ñieän aùp kích cöïc coång  
8V. Coâng suaát ra  
P
20W; RL = 50. Tính coâng suaát ra thöïc  
1lyùtöôûng  
vaø hieäu suaát.  
50  
Chöông 3  
2  
RL  
R R  
50  
50 2  
Giaûi:  
P P  
20  
18,5 W  
1
1lyùtöôûng  
L
on  
RL  
RL Ron  
50  
50 2  
1   
0,962  
3.10 KHUEÁCH ÑAÏI COÂNG SUAÁT CAO TAÀN CHEÁ ÑOÄ S  
Loïc  
thoâng thaáp  
Khueách ñaïi  
ñieàu roäng xung  
Ñieàu roäng  
xung  
S(t)  
S(t) = Acoso  
t
h(t)  
Vcc  
Hình 3.31 Sô ñoà khoái khueách ñaïi cheá ñoä S  
Hieäu suaát chuyeån ñoåi cao cuûa khueách ñaïi cheá ñoä D ñöôïc öùng  
duïng vaøo caùc kieåu khueách ñaïi khoùa khaùc, nhö khueách ñaïi tín hieäu ñaõ  
ñieàu roäng xung. Sau ñoù khoâi phuïc laïi tín hieäu ban ñaàu. Ñoù laø nguyeân  
lyù KÑCS cheá ñoä S.  
Cheá ñoä naøy khoâng phoå bieán, ñoâi khi coøn goïi laø cheá ñoä D daûi  
roäng, ñöôïc öùng duïng trong maùy phaùt thanh AM coâng suaát raát lôùn,  
hieäu suaát cao, ñoä tin caäy cao.  
Tín hieäu vaøo S(t) ñöôïc ñieàu cheá ñieàu roäng xung (ÑRX). Tín hieäu  
ÑRX coù bieân ñoä khoâng ñoåi nhöng ñoä roäng xung thay ñoåi theo tín  
hieäu vaøo ñöôïc khueách ñaïi ÑRX. Ñaây laø moät daïng KÑ khoùa, cheá ñoä D.  
Tín hieäu ÑRX coù daïng:  
(j)n.Jn[A(mo ns)]  
   
j (mo ns)  
ejmt  
1
2
o
1
T
X(t)  
1m  
jmo  
m  
mn  
m n 0  
Trong ñoù coù thaønh phaàn tín hieäu vaøo s, thaønh phaàn taàn soá laáy  
maãu o vaø toå hôïp. Sau boä khueách ñaïi cheá ñoä D coù boä loïc thoâng thaáp  
loïc laáy thaønh phaàn taàn soá thaáp s chính laø tín hieäu S(t) ñöôïc khueách  
ñaïi. o choïn lôùn hôn nhieàu laàn s. Ví duï trong maùy phaùt thanh AM  
ñieàu cheá anod qua ÑRX coù fo khoaûng töø (80 150)kHz.  
Söï khaùc bieät giöõa cheá ñoä D vaø S ôû choã ngoõ ra boä khueách ñaïi cheá  
ñoä D coù maïch ñieàu höôûng ôû taàn soá tín hieäu vaøo, coøn ôû cheá ñoä S laø  
maïch LPF.  
51  
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn vaø nhaân taàn soá  
Ñaùp öùng cuûa baùn daãn ôû cheá  
ñoä khoùa (swiching) bò giôùi haïn ôû  
taàn soá ñoùng môû (on - off) cao.  
Vcc  
Khueách ñaïi coâng suaát cao  
vc  
LPF  
RL  
taàn cheá ñoä D ñöôïc duøng ñeå  
khueách ñaïi tín hieäu ñieàu cheá  
taàn soá kieåu FSK (frequency shift  
keyed) vaø trong moät soá tröôøng  
hôïp ñaëc bieät nhö taïo nguoàn AC  
-Vcc  
Hình 3.32 Maïch khueách ñaïi coâng  
suaát cao taàn cheá ñoä S  
töø DC (converter).... Maïch ÑRX coù theå laø moät boä so saùnh tín hieäu vaøo  
vôùi tín hieäu xung tam giaùc, taïo neân ngoõ ra cuûa noù tín hieäu ÑRX coù ñoä  
roäng thay ñoåi theo tín hieäu vaøo.  
3.11 KHUEÁCH ÑAÏI COÂNG SUAÁT CAO TAÀN CHEÁ ÑOÄ E  
Khueách ñaïi (KÑ) cheá  
ñoä D söû duïng baùn daãn nhö  
Vcc  
moät khoùa (switch) chuyeån ñoåi  
coâng suaát. ÔÛ cheá ñoä E, chæ coù  
C
L
RL  
moät baùn daãn hoaït ñoäng ôû cheá  
ñoä khoùa (on - off).  
C1 C2  
Söï khaùc bieät cheá ñoä E  
so vôùi D coøn ôû choã maïch  
Hình 3.33 KÑCSCT cheá ñoä E  
ñieàu höôûng ngoõ ra ñöôïc thieát keá sao cho coâng suaát tieâu taùn laø cöïc tieåu  
khi baùn daãn ôû traïng thaùi chuyeån maïch (on - off; off - on).  
ÔÛ taàn soá cao, ngoaøi toån hao do ñieän trôû baõo hoøa, coøn coù toån hao  
do quaùn tính chuyeån maïch, toån hao chuyeån maïch. Caùc toån hao ñoù taêng  
khi taàn soá taêng, do ñoù hieäu quaû cuûa cheá ñoä naøy so vôùi cheá ñoä B, C chæ  
khi ñaït ñöôïc taàn soá laøm vieäc thaáp hôn moät caáp. Giaû söû xung coù ñoä  
o
roäng 2  180 ; khi ñoù ta coù:  
Icm  
2
2
4
Ic  
Icm; Ico  
; Vc  
(V Vc baõo hoøa )  
cc  
1
1
1
2
Coâng suaát nguoàn cung caáp Po Icm  
V
cc  
Coâng suaát tieâu taùn cheá ñoä khoùa trong moät chu kyø.  
Tải về để xem bản đầy đủ
doc 22 trang baolam 30340 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 3: Khuếch đại công suất cao tần và nhân tần số", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • docgiao_trinh_mach_dien_tu_thong_tin_chuong_3_khuech_dai_cong_s.doc