Mạch chia pha
Mạch chia pha là gì
Một mạch chia pha tạo ra hai tín hiệu đầu ra có cùng biên độ nhưng ngược pha với nhau từ một tín hiệu đầu vào duy nhất
Bộ chia pha là một dạng khác của transistor tiếp giáp lưỡng cực, (BJT), trong đó một tín hiệu đầu vào hình sin đơn được chia thành hai đầu ra riêng biệt lệch pha nhau 180 độ điện.
Tín hiệu đầu vào của bộ chia pha transistor được áp dụng cho cực B với một tín hiệu đầu ra lấy từ đầu cực C và tín hiệu đầu ra thứ hai lấy từ đầu cực E. Do đó, bộ chia pha transistor là một bộ khuếch đại đầu ra kép tạo ra các đầu ra bổ sung từ các cực C và cực E của nó lệch pha nhau 180 o .
Mạch chia pha một transistor không có gì mới vì chúng ta đã thấy các khối xây dựng cơ bản của nó trong các bài hướng dẫn trước. Bộ chia pha, mạch nghịch lưu pha kết hợp các đặc tính của bộ khuếch đại cực E chung với đặc tính của bộ khuếch đại C chung. Cũng như mạch khuếch đại CE và mạch khuếch đại CC, mạch chia pha được phân cực Cận để hoạt động như một bộ khuếch đại tuyến tính class A để giảm méo tín hiệu đầu ra.
Nhưng trước tiên hãy làm mới kiến thức của chúng ta về mạch khuếch đại cực E chung (CE) và cấu hình mạch khuếch đại cực C chung (CC).
Bộ khuếch đại E chung
Mạch khuếch đại E chung với điện áp chia phân cực hầu hết là tuyến tính nên dễ phân cực.
Tín hiệu đầu vào được áp dụng cho cực B, và tín hiệu đầu ra được lấy từ điện trở tải, RL được kết nối giữa cực C và VCC như hình minh họa. Do đó, cực E là chung cho cả mạch đầu vào và đầu ra.
Điện áp khuếch đại được xác định theo tỷ lệ: RL / RE , đặc điểm chính của cấu hình cực E chung (CE) là nó là một bộ khuếch đại đảo tạo ra sự đảo pha 180 o giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra. .
Để hoạt động như một bộ khuếch đại class A, mạch được phân cực để dòng điện tĩnh được đưa vào cực B IB đặt điện áp đầu cực C ở khoảng một nửa giá trị điện áp nguồn. Tỷ lệ của điện trở R1 và R2 được chọn để transistor được phân cực chính xác cung cấp tín hiệu đầu ra không bị biến dạng tối đa.
Bộ khuếch đại C chung
Bộ khuếch đại cực C chung sử dụng transistor đơn trong cấu hình cực C chung với cực C chung cho cả mạch đầu vào và đầu ra. Tín hiệu đầu vào được áp dụng cho cực B của transistor và đầu ra được lấy từ cực E như hình minh họa.
Vì tín hiệu đầu ra được lấy từ qua điện trở cực E, RE không sử dụng điện trở cực C nên đầu cực C được kết nối trực tiếp với đường cung cấp VCC . Loại cấu hình bộ khuếch đại này còn được gọi là bộ lặp điện áp hoặc phổ biến hơn là bộ lặp cực E vì tín hiệu đầu ra giống tín hiệu đầu vào.
Đặc điểm chính của cấu hình cực C chung (CC) là nó là một bộ khuếch đại không đảo vì tín hiệu đầu vào đi trực tiếp qua tiếp giáp của cực E và B đến đầu ra. Do đó đầu ra là “cùng pha” với đầu vào. Do đó, nó có độ lợi điện áp nhỏ hơn một chút (=1).
Cũng giống như cấu hình cực E chung trước đây, transistor của bộ khuếch đại cực C chung được phân cực sử dụng mạng phân áp thành một nửa điện áp cung cấp để ổn định tốt cho các điều kiện hoạt động DC của nó.
Cấu hình bộ chia pha
Nếu chúng ta kết hợp cấu hình của bộ khuếch đại cực E chung với cấu hình của bộ khuếch đại cực C chung và lấy các đầu ra từ cả cực C và cực E cùng một lúc, chúng ta có thể tạo ra một mạch transistor tạo ra hai tín hiệu đầu ra có độ lớn bằng nhau nhưng ngược lại với nhau.
Bộ chia pha sử dụng một transistor duy nhất để tạo ra các đầu ra đảo và không đảo như hình minh họa.
Bộ chia pha sử dụng Transistor NPN
Trước đây chúng ta đã nói rằng độ lợi điện áp của bộ khuếch đại E chung là tỷ lệ của RL so với RE , đó là -RL / RE (dấu trừ cho biết bộ khuếch đại đảo). Nếu chúng ta làm cho hai điện trở này có giá trị bằng nhau (RL = RE ), thì độ lợi điện áp của tầng E chung sẽ bằng -1.
Mạch khuếch đại E chung có độ lợi điện áp không đảo gần bằng 1, hai tín hiệu đầu ra, một từ cực C và một từ cực E, sẽ bằng nhau về biên độ nhưng lệch pha 180o. Điều này làm cho mạch chia pha transistor rất hữu ích để cung cấp đầu vào bổ sung hoặc chống pha cho một tầng khuếch đại khác, chẳng hạn như bộ khuếch đại công suất đẩy kéo class B.
Để hoạt động tốt, mạng bộ chia điện áp được kết nối qua nguồn cấp và đất phải được chọn để tạo ra sự ổn định chính xác của các điều kiện DC cho sự thay đổi điện áp đầu ra từ cả đầu C và E tạo ra đầu ra đối xứng.
Ví dụ về bộ chia pha
Cần có một mạch chia pha transistor duy nhất để điều khiển giai đoạn khuếch đại công suất đẩy kéo. Thiết kế một mạch phù hợp nếu điện áp cung cấp là 9V, giá trị Beta của transistor NPN 2N3904 được sử dụng là 100, và dòng điện cực C là 1mA và tín hiệu đầu vào có biên độ đỉnh 1V.
Để ngăn chặn sự biến dạng của tín hiệu đầu ra của cực E, điện áp phân cực một chiều của đầu cực E phải lớn hơn giá trị lớn nhất của tín hiệu đầu vào, trong trường hợp này là 1 vôn. Nếu chúng ta đặt điện áp cực cực E tĩnh DC ở mức gấp đôi giá trị đầu vào để đảm bảo đầu ra không bị méo, V E sẽ bằng 2 vôn.
Vì VE được đặt ở 2 volt và dòng điện cực E, cũng là dòng điện tĩnh cực C, chạy qua nó được cho là 1mA, giá trị của điện trở cực E, RE được tính như sau:
Đối với độ lợi điện áp của phía E chung của mạch chia pha giai -1, điện trở tải RL phải bằng RE . Đó là RL = RE = 2kΩ. Do đó, điện áp rơi trên điện trở tải của cực C được tính như sau:
Áp dụng định luật điện áp Kirchhoff, V CC – V C – V CE – V E = 0. Như vậy 9 – 2 – 5 – 2 = 0. Chúng ta sẽ thấy điều này vì khi R L = R E và dòng điện chạy qua cả hai điện trở gần như cùng một giá trị, vì vậy điện áp I * R giảm trên mỗi điện trở do đó sẽ giống nhau ở 2,0 vôn.
Điều này có nghĩa là khi đó điện áp phân cực DC cho đầu ra không đảo (cực E) là 2,0 volt (0 + 2) và điện áp phân cực DC cho đầu ra đảo (đầu cực C) là 7,0 volt (9 – 2). Nói cách khác, điện áp đầu ra tĩnh một chiều của hai đầu ra ở các giá trị khác nhau.
Độ lợi dòng điện một chiều của transistor, Beta được cho là 100. Đối với bộ khuếch đại E chung, Beta là tỷ số giữa dòng điện cực C và dòng điện cực B, nghĩa là; β = IC / IB , giá trị của dòng điện phân cực B yêu cầu được tính như sau:
Sau đó, đối với độ lợi dòng điện một chiều là 100, dòng điện cơ bản tĩnh, IB(Q) được cho là 10uA. Thông thường giá trị của dòng điện tĩnh chạy qua điện trở nối đất của mạng phân áp lớn hơn dòng điện cực B mười lần (x10). Như vậy cường độ dòng điện chạy qua R2 sẽ là 10 * IB = 10 * 10uA = 100uA.
Điện áp VB bằng điện áp VE cộng với điện áp chuyển tiếp 0,7 vôn của tiếp giáp pn cực E-B, nghĩa là: 2,0 + 0,7 = 2,7 vôn. Do đó giá trị của R 2 được tính là:
Vì có 100uA chạy qua R 2 và 10uA chảy vào cực B của transistor, do đó nó phải tuân theo rằng có 110uA (100uA + 10uA) chạy qua điện trở trên cùng, R1 của mạng phân áp. Nếu điện áp cung cấp là 9 vôn và điện áp cơ bản của transistor là 2,7 vôn. Giá trị của điện trở R 1 được tính là:
Như vậy mạng phân áp dùng cho phân cực DC của mạch tách gồm R1 = 57,3kΩ và R2 = 27kΩ.
Đặt các giá trị được tính toán ở trên với nhau cho ta mạch chia pha transistor
Mạch chia pha transistor
Là mạch chia pha transistor đơn tạo ra hai dạng sóng đầu ra của tín hiệu đầu vào, một dạng không đảo cùng pha với tín hiệu đầu vào và dạng còn lại ngược pha 180o của tín hiệu đầu vào với cả hai đầu ra có biên độ tương tự. Điều này sẽ làm cho mạch chia pha lý tưởng để sử dụng trong việc điều khiển các đầu ra cấu hình đẩy kéo để khuếch đại hoặc điều khiển động cơ DC.
Hãy xem xét mạch dưới đây.
Giai đoạn đầu ra Totem-pole
Khi các đầu ra bổ sung được lấy từ cực C và cực E của transistor Q1, khi transistor trên Q2 được phân cực Cận và dẫn trên nửa chu kỳ âm (do sự đảo ngược), transistor dưới Q3 là TẮT, vì vậy một nửa âm được truyền cho các điện trở tải, RL .
Phần dương nửa chu kỳ của dạng sóng đầu vào, transistor Q3 được phân cực và dẫn, trong khi các transistor Q2 OFF, vì vậy nửa dương của các dạng sóng được truyền cho các điện trở tải, RL .
Vì vậy, tại bất kỳ thời điểm nào chỉ có một trong các transistor đầu ra, Q2 hoặc Q3 đủ phân cực thuận và chỉ dẫn một nửa dạng sóng tín hiệu đầu vào. Hai transistor đầu ra thay thế dẫn và quyết định bởi Q1, với cả hai nửa của tín hiệu đầu vào được kết hợp với nhau để tạo ra một dạng sóng đầu ra đảo trên RL . Tải điện trở RL có một phân cực điện áp DC tập trung vào sự khác biệt giữa VC và VE . Điện trở R5 được sử dụng để hạn chế dòng điện tối đa.
Tóm tắt bộ chia pha transistor
Chúng ta đã thấy ở đây trong hướng dẫn này rằng bằng cách kết hợp mạch E chung với mạch C chung, chúng ta có thể tạo ra một loại mạch bán dẫn đơn khác không thực sự là bộ khuếch đại CE cũng không phải là bộ khuếch đại CC mà thay vào đó là mạch chia pha tạo ra hai điện áp cùng biên độ nhưng ngược pha.
Đôi khi cần có hai tín hiệu cùng biên độ nhưng lệch pha nhau 180o và có nhiều cách khác nhau để tạo ra một mạch chia pha đầu ra kép, bao gồm cả việc sử dụng bộ khuếch đại vi sai và bộ khuếch đại thuật toán. Nhưng cấu hình mạch chia pha transistor đơn là dễ xây dựng và dễ hiểu nhất.
Mạch chia pha transistor được phân cực
hoạt động như một bộ khuếch đại loại A với hai đầu ra bổ sung (đảo ngược và không đảo) được lấy tương ứng từ cực C và cực E của transistor. Để hoạt động chính xác, độ lợi của mỗi đầu ra phải được đặt thành 1.
Mạch chia pha transistor đơn rất hữu ích để điều khiển bộ khuếch đại kéo đẩy Class-B, điều khiển biến áp điểm giữa cho bộ nghịch lưu hoặc đầu ra cực lớn để điều khiển động cơ, như khi một transistor BẬT thì transistor kia TẮT.
