Mạch khuếch đại là gì?
Mạch khuếch đại có thành phần cơ bản là transistor. Mọi thành phần dùng cho 1 bộ khuếch đại đều có khả năng dẫn điện theo những cách khác nhau. Mạch khuếch đại thường có trong các thiết bị điện tử như Âm ly, máy cát-xét, khuếch đại tín hiệu video trong tivi,…v.v …
Chúng ta biết rằng chất bán dẫn loại N mang electron và chất bán dẫn loại P mang lỗ. Trong một transistor N-P-N, chất bán dẫn loại P sẽ được giữ ở giữa hai chất bán dẫn loại N
Quá trình khuếch đại giống cách con người nhận được âm thanh từ xung quanh. Ví dụ như khi có giọng nói phát ra sẽ làm rung các hạt vật chất có trong bầu khí quyển, làm chúng va vào nhau tạo ra sóng âm thanh và truyền đến tai con người. Tuy nhiên sóng âm thanh này sẽ được nhận dưới dạng áp suất không khí và sẽ não bộ chuyển đổi thành những tín hiệu phù hợp.
Phân loại mạch khuếch đại
Mạng khuếch đại có 3 loại chính như sau:
- Khuếch đại điện áp: khi đưa tín hiệu có biên độ nhỏ vào mạch thì ở đầu ra sẽ nhận được tín hiệu có biến độ lớn hơn gấp nhiều lần.
- Khuếch đại về dòng điện: khi đưa tín hiệu có cường độ yếu vào mạch sẽ nhận lại tín hiệu có cường độ dòng điện mạnh hơn.
- Khuếch đại công suất: tương tự 2 loại trên, khi đưa vào mạch tín hiệu công suất yếu vào thì sẽ thu lại được tín hiệu có công suất mạnh hơn gấp nhiều lần. Trên thực tế, ta có thể xem đây là loại khuếch đại kết hợp cả 2 loại khuếch đại trên.
Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại
Tùy vào chế độ phân cực cho Transistor mà sẽ có các chế độ hoạt động khác nhau, và cũng được chia ra 4 chế độ là: chế độ A, chế độ B, chế độ AB hoặc chế độ C tuỳ theo mục đích sử dụng để khuếch đại. Dưới đây là chi tiết từng chế độ hoạt động của mạch khuếch đại.
Mạch khuếch đại ở chế độ A
Đây là mạch cần lấy ra tín hiệu giống 100% với tín hiệu ngõ vào. Loại mạch khuếch đại này thường được ứng dụng trong các mạch trung gian như: tiền khuếch đại. khuếch đại cao tần, khuếch đại trung tần,…v…v
Điều kiện hoạt động: định thiên điện áp UCE ~ 60% ÷ 70% Vcc.
Mạch khuếch đại ở chế độ B
Đây loại loại mạch khá đặc biệt, chỉ khuếch đại ½ chu kỳ của tín hiệu. Mạch này không có định thiên giống chế độ A. Chỉ là nếu muốn khuếch đại bán kỳ dương thì sẽ dùng transistor NPN, còn khuếch đại ở bán kỳ âm thì sử dụng transistor PNP. Ta sẽ bắt gặp ứng dụng của mạch khuếch đại chế độ B trong các mạch khuếch đại công suất đẩy kéo như công suất âm tần, công suất mành của tivi. Chi tiết hơn, đối với các mạch khuếch đại dạng công suất đẩy kéo thì nhà sản xuất sẽ dùng 2 đèn PNP & NPN (có thống số kỹ thuật giống nhau) để mắc nối tiếp. Lúc này mỗi đèn sẽ đảm nhận nhiệm vụ khuếch đại 1 bán chu kỳ của tín hiệu.
Đặc biệt: Mạch khuếch đại công suất kết hợp cả hai chế độ A và B.
Ví dụ bản vẽ 1 mạch khuếch đại công suất dùng trong mply có:
- Q1 khuếch đại ở chế độ A
- Q2 và Q3 khuếch đại ở chế độ B
- Q2 khuếch đại cho bán chu kỳ dương
- Q3 khuếch đại cho bán chu kỳ âm
Mạch khuếch đại ở chế độ AB
Mạch khuếch đại ở chế độ AB là mạch cũng chỉ khuếch đại ½ chu kỳ giống mạch khuếch đại ở chế độ B. Tuy nhiên sẽ có định thiên sao cho điện áp UBE xấp xỉ là 0,6 V. Loại mạch này có thể khắc phục hiện tượng méo giao điểm của mạch khuếch đại chế độ B, vì thế thường được ứng dụng nhiều trong các mạch loại công suất đẩy kéo.
Mạch khuếch đại ở chế độ C
Đây là mạch có điện áp UBE được phân cự ngược với mục đích chỉ lấy tín hiệu đầu ra là 1 phần đỉnh của tín hiệu đầu vào, mạch này thường sử dụng trong các mạch tách tín hiệu. Ví dụ: mạch tách xung đồng bộ trong tivi hiện đại.
Các kiểu mắc của mạch khuếch đại
Mạch khuếch đại mắc theo kiểu E chung
Theo bản vẽ, kiểu mắc này sẽ có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C.
Ví dụ mạch khuếch đại điện áp mắc kiểu E chung
- Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C
- Rg: là điện trở ghánh, Rđt: Là điện trở định thiên
- Rpa: Là điện trở phân áp
Đặc điểm của mạch khuếch đại E chung
- Mạch được định thiên để điện áp UCE rơi vào khoảng 60% ÷ 70 % Vcc. Thường được dùng trong các thiết bị điện tử ngày nay.
- Thuộc loại mạch khuếch đại về điện áp vì biên độ tín hiệu vào nhỏ hơn biên độ tín hiệu ra.
- Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể.
- Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào: vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân C giảm, và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào.
>>> Có thể tham khảo thêm bài viết: Tia lửa điện là gì? Ứng dụng & so sánh với hồ quang điện
Mạch khuếch đại mắc theo kiểu C chung
Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass/dương nguồn (do xét về xoay chiều thì dương nguồn giống với với mass). Lúc này tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E. Kiểu mắc mạch này thường được dùng khá phổ biến trong các mạch khuếch đại đêm (Damper), trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh, người dùng thường dùng mạch Damper để khuếch đại tín hiệu tốt hơn.
Sơ đồ về loại mạch khuếch đại theo kiểu C chung này như sau:
Đặc điểm của mạch khuếch đại C chung
- Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần: Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE giả sử Transistor có hệ số khuếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào.
- Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào: Vì mối BE có giá trị luôn luôn khoảng 0,6V, nên khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng mức tương tự => biên độ tín hiệu ra = biên độ tín hiệu vào.
- Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào: nếu điện áp vào tăng thì điện áp ra tăng theo, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng tương tự.
Mạch khuếch đại mắc theo kiểu B chung
Đây là cách mắc mạch ít được dùng trong thực tế nhất. Mạch mắc theo kiểu này sẽ có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C, chân B được thoát mass thông qua.
Các kiểu ghép tầng mạch khuếch đại
Cách ghép tầng mạch thông qua tụ điện
Dưới đây là sơ đồ mạch khuếch đại đầu từ trong đài cát sét. Bao gồm 2 tầng khuếch đại được mắc theo kiểu E chung, còn các tầng sẽ thông qua tụ điện mà được ghép tín hiệu. Thông thường các đơn vị sản xuất sẽ dùng các tụ C1, C3, C5 làm tụ nối tầng cho tín hiệu xoay chiều đi qua và ngăn áp một chiều lại, riêng 2 tụ C2 và C4 thì có tác dụng thoát thành phần xoay chiều từ chân E xuống mass, C6 là tụ lọc nguồn.
Đặc điểm chung:
- Mạch đơn giản đễ lắp đặt nên được ứng dụng nhiều trong các thiết bị điện tử. Tuy nhiên bị nhược điểm là không thể khai thác được tối đa khả năng khuếch đại của Transistor => hệ số khuếch đại sẽ không lớn.
- Cách ghép trên thuộc vào là mạch khuếch đại âm tần, do đó các tụ nối tầng thường dùng tụ hoá có trị số từ 1µF ÷ 10µF. Riêng đối với các mạch khuếch đại cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài nanô Fara.
Cách ghép tầng thông qua biến áp
Để mình hóa cách ghép tầng thông qua biến áp, ta sẽ xem qua sơ đồ mạch trung tần tiếng trong Radio. Hiểu đơn giản là tín hiệu đầu ra của tầng này được ghép qua biến áp để đi vào tầng phía sau.
Đặc điểm chung:
- Ưu điểm đầu tiên của cách ghép mạch này là phối hợp được trở kháng giữa các tầng do đó khai thác được tối ưu hệ số khuếch đại. Thứ 2 là cuộn sơ cấp biến áp có thể đấu song song với tụ để cộng hưởng khi mạch khuếch đại ở một tần số cố định.
- Nhược điểm: nếu phải hoạt động ở dải tần số rộng thì sẽ có hiện tượng gây méo tần số. Ngoài ra quá trình chế tạo mạch cũng khá phức tạp và chiếm nhiều diện tích.
Cách ghép tầng trực tiếp
Kiểu ghép tầng trực tiếp thường được dùng trong các mạch khuếch đại công suất âm tần.
Phương pháp kiểm tra tầng khuếch đại
Với các mạch khuếch đại chế độ A thì cần đảm bảo các yếu tố sau để phân cực đúng:
- Mạch có UBE ~ 0,6V ; UCE ~ 60% ÷ 70% Vcc
- Tín hiệu ra có biên độ lớn nhất và không bị méo tín hiệu.
Ngoài ra nếu thấy các tình trạng sau thì nghĩa là mạch khuếch đại chế độ A đã bị mắc sai:
- Mạch có UCE quá thấp hoặc quá cao, gây ra tình trạng méo tín hiệu, hệ số khuếch đại của mạch bị giảm mạnh.
- Hiện tượng méo dạng trên sẽ gây hiện tượng âm thanh bị rè hay bị nghẹt ở các mạch khuếch đại âm tần.
Tổng chung lại để kiểm tra một tầng khuếch đại đã đúng hay chưa, bạn cần nhận định rõ:
- Nếu thấy UCE quá thấp so với nguồn hoặc quá cao gần bằng nguồn => đảm bảo mạch khuếch đại có vấn đề:
- Nếu UCE quá thấp thì có thể do chập CE (hỏng Transistor), hoặc đứt Rg.
- Nếu UCE quá cao ~ Vcc thì có thể đứt Rđt hoặc hỏng Transistor.
- Một tầng khuếch đại còn tốt sẽ có: UBE ~ 0,6V ; UCE ~ 60% ÷ 70% Vcc
Trên đây là tổng quan các thông tin chung về mạch khuếch đại là gì? Cũng như phân loại, chế độ hoạt động, các kiểu mắc/kiểu ghép và phương pháp kiểm tra tầng khuếch đại khi dùng. Chúc bạn qua bài viết đã có thêm nhiều thông tin hữu ích. Hẹn gặp các bạn ở các bài viết sau.
Bài viết liên quan