Bộ tách pha

Bộ tách pha

Một mạch tách 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 tách pha là một dạng khác của bóng bán dẫn mối nối 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 tách pha bóng bán dẫn được áp dụng cho đầu cuối cơ sở với một tín hiệu đầu ra được lấy từ đầu cực thu và tín hiệu đầu ra thứ hai được lấy từ đầu cực phát. Do đó, bộ tách pha bóng bán dẫn là một bộ khuếch đại đầu ra kép tạo ra các đầu ra bổ sung từ các cực thu và cực phát của nó lệch pha nhau 180 o .

Mạch tách pha một bóng bán dẫn không có gì mới vì chúng ta đã thấy các khối xây dựng cơ bản của nó trong các bài hướng dẫn trước. bộ tách pha, mạch nghịch lưu pha kết hợp các đặc tính của bộ khuếch đại cực phát thông thường với đặc tính của bộ khuếch đại góp chung. Cũng như mạch khuếch đại CE và mạch khuếch đại CC, mạch tách pha được phân cực thuận để hoạt động như một bộ khuếch đại tuyến tính-A để giảm méo tín hiệu đầu ra.

Nhưng trước tiên, hãy làm mới kiến ​​thức của chúng ta về mạch khuếch đại bộ phát chung (CE) và cấu hình mạch khuếch đại bộ thu chung (CC).

Bộ khuếch đại phát điện chung

Các phát thải chung mạch với điện áp chia xu hướng là hầu hết sử dụng rộng rãi tuyến tính khuếch đại cấu hình như nó dễ dàng để thiên vị và hiểu được.

Tín hiệu đầu vào được áp dụng cho thiết bị đầu cuối cơ sở và tín hiệu đầu ra được lấy từ điện trở tải, R L được kết nối giữa bộ thu và đường ray cung cấp tích cực, V CC như hình minh họa. Do đó, bộ phát là chung cho cả mạch đầu vào và đầu ra.

Cũng như cung cấp khả năng khuếch đại điện áp được xác định theo tỷ lệ: R L / R E , đặc điểm chính của cấu hình Bộ phát 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 lớp A, mạch được phân cực để dòng điện tĩnh được đưa vào đế, I B đặt điện áp đầu cực thu ở khoảng một nửa giá trị điện áp nguồn. Tỷ số của điện trở R 1 và R 2 được chọn để bóng bán dẫn được phân cực chính xác cung cấp tín hiệu đầu ra không bị biến dạng tối đa.

Bộ khuếch đại thu chung

Bộ khuếch đại bộ thu chung sử dụng bóng bán dẫn đơn trong cấu hình bộ thu chung với bộ thu chung cho cả mạch đầu vào và đầu ra. Tín hiệu đầu vào được áp dụng cho cực chính của bóng bán dẫn và đầu ra được lấy từ cực phát như hình minh họa.

Vì tín hiệu đầu ra được lấy từ trên điện trở bộ phát, R E không sử dụng điện trở bộ thu nên đầu cực bộ thu được kết nối trực tiếp với đường ray cung cấp, V CC . Loại cấu hình bộ khuếch đại này còn được gọi là bộ theo điện áp hoặc thông thường hơn là bộ theo bộ phát vì tín hiệu đầu ra theo sau tín hiệu đầu vào.

Đặc điểm chính của cấu hình Bộ thu chung (CC) là nó là một bộ khuếch đại không đảo vì tín hiệu đầu vào đi trực tiếp qua điểm giao nhau của bộ phát gốc đến đầu ra. Do đó đầu ra là "cùng pha" với đầu vào. Do đó, nó có mức tăng điện áp nhỏ hơn một chút (thống nhất).

Cũng giống như cấu hình bộ phát thông thường trước đây, bóng bán dẫn của bộ khuếch đại cực thu chung được thiên vị 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 phát chung với cấu hình của bộ khuếch đại cực thu chung và lấy các đầu ra từ cả cực thu và cực phát cùng một lúc, chúng ta có thể tạo ra một mạch bóng bán dẫn tạo ra hai tín hiệu đầu ra có độ lớn bằng nhau nhưng ngược lại với nhau.

Bộ tách pha sử dụng một bóng bán dẫn duy nhất để tạo ra các đầu ra đảo ngược và không đảo như hình minh họa.

Bộ tách pha sử dụng Transistor NPN

Chúng tôi đã nói trước đây rằng mức tăng điện áp của bộ khuếch đại phát chung là tỷ lệ của R L so với R E , đó là -R L / R E (dấu trừ cho biết bộ khuếch đại đảo). Nếu chúng ta làm cho hai điện trở này có giá trị bằng nhau (R L  = R E ), thì độ lợi điện áp của tầng phát chung sẽ bằng -1 hoặc bằng nhau.

Là bộ thu chung, mạch khuếch đại theo bộ phát tự nhiên có độ lợi điện áp không nghịch đảo gần bằng nhau (+1), hai tín hiệu đầu ra, một từ bộ thu và một từ bộ phát, sẽ bằng nhau về biên độ nhưng 180 o ra- của pha. Điều này làm cho mạch tách pha bóng bán dẫn có độ lợi thống nhất 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 lớp B.

Để hoạt động tốt, mạng bộ chia điện áp được kết nối qua đường ray cung cấp và mặt 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 cực thu và cực phát tạo ra đầu ra đối xứng.

Ví dụ về bộ tách pha số 1

Cần có một mạch tách pha bóng bán dẫn để điều khiển giai đoạn khuếch đại công suất đẩy kéo. Thiết kế một mạch phù hợp nếu điện áp cung cấp là 9 vôn, giá trị Beta của bóng bán dẫn NPN 2N3904 được sử dụng là 100, và dòng điện góp tĩnh là 1mA và tín hiệu đầu vào có biên độ đỉnh 1V.

Để ngăn chặn sự biến dạng của tín hiệu đầu ra của đầu cuối bộ phát, điện áp xu hướng một chiều của đầu cực phát phải lớn hơn giá trị lớn nhất của tín hiệu đầu vào, trong trường hợp này là đỉnh 1 vôn. Nếu chúng ta đặt điện áp đầu cuối bộ phát 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 V E được đặt ở 2 volt và dòng điện phát, cũng là dòng điện tĩnh cực thu, chạy qua nó được cho là 1mA, giá trị của điện trở bộ phát, R E được tính như sau:

Đối với sự tăng điện áp của phía phát chung của mạch splitter giai đoạn tới (thống nhất) bằng -1, các nhà sưu tập điện trở tải R L phải bằng R E . Đó là R L  = R E  = 2kΩ. Do đó, điện áp rơi trên điện trở tải của bộ thu 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 R L = R E và dòng điện chạy qua cả hai điện trở gần như cùng một giá trị, do đó 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 phát) là 2,0 volt (0 + 2) và điện áp phân cực DC cho đầu ra đảo (đầu cực thu) là 7,0 volt (9 - 2). Nói cách khác, điện áp đầu ra yên tĩnh một chiều của hai đầu ra ở các giá trị khác nhau.

Độ lợi dòng điện một chiều của bóng bán dẫn, Beta được cho là 100. Đối với bộ khuếch đại phát thông thường, Beta là tỷ số giữa dòng điện thu và dòng điện cơ bản, nghĩa là; β = I C / I B , giá trị của dòng điện xu hướng cơ bản yêu cầu được tính như sau:

Sau đó, đối với mức tăng dòng điện một chiều là 100, dòng điện cơ bản tĩnh, I B (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 cơ bản mười lần (x10). Như vậy cường độ dòng điện chạy qua R 2 sẽ là 10 * I B = 10 * 10uA = 100uA.

Điện áp cơ bản, V B bằng điện áp phát V E cộng với điện áp chuyển tiếp 0,7 vôn của điểm nối pn bộ phát gốc, 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 gốc của bóng bán dẫn, do đó nó phải tuân theo rằng có 110uA (100uA + 10uA) chạy qua điện trở trên cùng, R 1 của mạng phân áp. Nếu điện áp cung cấp là 9 vôn và điện áp cơ bản của bóng bán dẫn 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 R 1 = 57,3kΩ và R 2 = 27kΩ.

Đặt các giá trị tính toán ở trên với nhau cho ta mạch tách pha bóng bán dẫn đơn của:

Mạch tách pha bóng bán dẫn

Là mạch tách pha bóng bán dẫn đơn tạo ra hai phiên bản đầu ra của tín hiệu đầu vào, một phiên bản không đảo ngược cùng pha với tín hiệu đầu vào và phiên bản ngược pha 180 o của tín hiệu đầu vào với cả hai đầu ra có biên độ tương tự. Điều này sẽ làm cho mạch tách pha lý tưởng để sử dụng trong việc điều khiển các đầu ra được cấu hình cực đẩy hoặc cực totem để khuếch đại hoặc điều khiển động cơ DC.

Hãy xem xét mạch dưới đây.

Giai đoạn đầu ra cực Totem

Khi các đầu ra bổ sung được lấy từ bộ thu và bộ phát của bóng bán dẫn Q1, khi bóng bán dẫn trên Q2 được phân cực thuận và dẫn trên nửa chu kỳ âm (do sự đảo ngược), bóng bán dẫn dưới Q3 là TẮT, vì vậy âm một nửa số dạng sóng được truyền cho các điện trở tải, R L .

Trên dương nửa chu kỳ của dạng sóng đầu vào, transistor thấp Q3 được mong thiên vị và tiến hành, trong khi các bóng bán dẫn trên, Q2 là OFF, vì vậy nửa tích cực của các dạng sóng được truyền cho các điện trở tải, R L .

Vì vậy, tại bất kỳ thời điểm nào chỉ có một trong các bóng bán dẫn 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 từ một đến khác theo quyết định của 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 R L . Tải điện trở R L có một xu hướng điện áp DC tập trung vào sự khác biệt giữa V C và V E . Điện trở R 5 được sử dụng để hạn chế dòng điện tối đa.

Tóm tắt bộ tách pha bóng bán dẫn

Chúng ta đã thấy ở đây trong hướng dẫn này rằng bằng cách kết hợp mạch cực phát chung với mạch thu 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 tách 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 180 o và có nhiều cách khác nhau để tạo ra một mạch tách pha đầu ra kép, bao gồm cả việc sử dụng bộ khuếch đại vi sai và bộ khuếch đại hoạt động. Nhưng cấu hình mạch tách pha transistor đơn là dễ xây dựng và dễ hiểu nhất.

Mạch tách pha bóng bán dẫn đơn được thiên vị 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 thu và cực phát của bóng bán dẫn. Để hoạt động chính xác, độ lợi của mỗi đầu ra phải được đặt thành 1, độ lợi hợp nhất.

Các mạch tách pha bóng bán dẫn đơn rất hữu ích để điều khiển bộ khuếch đại kéo đẩy Class-B, biến áp điều khiển trung tâm cho bộ nghịch lưu hoặc đầu ra cực to để điều khiển động cơ, như khi một bóng bán dẫn BẬT thì bóng bán dẫn kia TẮT.