Mạch tăng dòng dùng transistor
Mạch tăng dòng dùng transistor là một mạch điện tử làm tăng cường độ dòng điện của tín hiệu đầu vào bằng một bội số cố định và cấp nó cho mạch / thiết bị tiếp theo. Quá trình này được gọi là quá trình khuếch đại dòng điện của tín hiệu đầu vào.
Đầu vào có thể là tín hiệu không đổi hoặc dạng sóng thay đổi theo thời gian. Lý tưởng nhất là trong quá trình khuếch đại dòng điện này, bộ khuếch đại dòng điện sẽ giữ điện áp của tín hiệu đầu vào không thay đổi. Dưới đây là sơ đồ khối của một mạch tăng dòng dùng transistor.
Các dạng sóng ở đầu vào và đầu ra biểu thị cường độ dòng điện theo thời gian. Lưu ý rằng toàn bộ dạng sóng được kéo dài (tăng lên) ở đầu ra bởi một yếu tố cố định.
Độ lợi của mạch tăng dòng dùng transistor
Trong điện tử, “Độ lợi” là thuật ngữ kỹ thuật được sử dụng để đánh giá khả năng khuếch đại của bộ khuếch đại. Và bởi vì bộ khuếch đại dòng điện chỉ biến đổi dòng điện của tín hiệu đầu vào, độ lợi của nó dựa trên mức tăng cường độ dòng điện của tín hiệu đầu ra so với tín hiệu đầu vào.
Về mặt toán học, độ lợi của bộ khuếch đại dòng điện là tỷ số giữa cường độ dòng điện chạy qua đầu ra của nó với cường độ dòng điện của tín hiệu đầu vào. Nó được biểu thị bằng ký hiệu A i và bởi vì nó là một tỷ lệ nên nó không có đơn vị.
Ví dụ, nếu dòng điện từ tín hiệu đầu vào là 1mA và dòng điện ở đầu ra là 100mA, thì độ lợi của bộ khuếch đại dòng đã cho sẽ là 100 (100mA / 1mA). Có nghĩa là cường độ dòng điện của tín hiệu đầu vào ở đầu ra tăng gấp 100 lần.
Độ lợi cũng có thể có giá trị âm. Nó chỉ ra rằng tín hiệu đầu ra là một bản sao đảo ngược và được chia tỷ lệ của tín hiệu đầu vào.
Đặc điểm của một bộ khuếch đại dòng điện lý tưởng
Để thiết kế một bộ khuếch đại dòng điện, một tập hợp các quy tắc / đặc tính xác định hành vi lý thuyết của nó phải được thực hiện. Dưới đây là những đặc điểm lý tưởng:
- Độ lợi dòng điện của bộ khuếch đại (A i ) phải không đổi trong toàn bộ dải tín hiệu đầu vào
- Độ lợi của bộ khuếch đại dòng phải độc lập với các điều kiện xung quanh như nhiệt độ và độ ẩm
- Trở kháng đầu vào (Điện trở hiệu dụng giữa các đầu vào) của bộ khuếch đại dòng điện phải bằng không
- Trở kháng đầu ra (Điện trở hiệu dụng giữa các đầu ra) của bộ khuếch đại dòng phải là vô hạn
Trong các tình huống thực tế, không thể đạt được trở kháng ở trên của các bộ khuếch đại dòng. Nhưng chúng chỉ được sử dụng như các tham số tham chiếu để thiết kế các mạch khuếch đại dòng điện gần lý tưởng. Sơ đồ dưới đây minh họa mô hình của một bộ khuếch đại dòng điện lý tưởng cùng với một mô hình thực tế.
Lưu ý các điện trở ở đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại dòng trong tình huống thực tế. Điện trở mắc nối tiếp với đầu vào biểu thị trở kháng hiệu dụng do mạch khuếch đại tạo ra. Điện trở song song với đầu ra biểu thị một số tín hiệu đầu ra bị mất do cơ chế phản hồi.
Sơ đồ mạch tăng dòng dùng transistor
Dưới đây là sơ đồ mạch của mạch khuếch đại dòng điện 2 cấp đơn giản sử dụng các transistor npn và pnp làm phần tử khuếch đại.
Điốt quang hấp thụ năng lượng từ ánh sáng và giải phóng các điện tử, do đó hoạt động như một nguồn dòng điện đầu vào. Dòng điện từ điốt quang này được khuếch đại bởi bóng bán dẫn Q1 và tiếp tục được khuếch đại bởi bóng bán dẫn Q2.
Các điện trở ở chân của cả hai bóng bán dẫn được sử dụng để điều chỉnh độ lợi. Số lần một tín hiệu được khuếch đại giống như các giai đoạn trong bộ khuếch đại. Ở đây dòng điện được khuếch đại hai lần, vì vậy đây là bộ khuếch đại dòng điện 2 tầng.
Đến với phần tính toán, giả sử i d là dòng điện chạy từ điốt quang và A i1 , A i2 lần lượt là độ của các transistor Q1 và Q2 tương ứng.
Dòng điện ở đầu ra của bóng bán dẫn thứ nhất sẽ bằng A i1 i d , và đây sẽ là đầu vào của bóng bán dẫn thứ hai. Bóng bán dẫn thứ hai Q2 sẽ tiếp tục khuếch đại tín hiệu này bằng hệ số A i2 .
Vì vậy, dòng điện đầu ra cuối cùng sẽ bằng A i2 A i1 i d , làm cho độ lợi của toàn bộ bộ khuếch đại dòng điện hai giai đoạn này bằng A i2 A i1 .
Các ứng dụng của bộ khuếch đại dòng điện
Sau đây là một số ứng dụng thực tế của bộ khuếch đại dòng điện:
- Trong các hệ thống khuếch đại, bộ khuếch đại dòng điện được sử dụng để thu được đầu ra âm trầm tốt hơn, bằng cách tăng cường độ mà loa được điều khiển.
- Các bộ khuếch đại dòng điện với độ lợi thay đổi được sử dụng trong nhiều hệ thống sản xuất công nghiệp như máy cắt tia laser và tia nước để kiểm soát cường độ mà quá trình chế tạo được thực hiện.
- Trong hệ thống cảm biến, bộ khuếch đại dòng điện được sử dụng để tăng cường các tín hiệu đầu vào yếu, để sử dụng trong các mạch tiếp theo.
