บทที่ 8 Power Amplifiers

งานนำเสนอเรื่อง: "บทที่ 8 Power Amplifiers"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 บทที่ 8 Power Amplifiers
วงจรขับกระแสคลาส B วงจรขับกระแสคลาส AB ทรานซิสเตอร์กำลังและการระบายความร้อน

2 วงจรขยายนอกจากจะต้องทำหน้าที่ขยายแรงดันขนาดเล็กให้มีขนาดใหญ่ขึ้นแล้ว ในหลายกรณีเรายังให้ต้องการให้แรงดันที่ถูกขยายนั้นมีกำลังมากพอสำหรับการขับภาระ (load) ด้วย อย่างไรก็ตามเนื่องจากวงจรขยายแรงดัน (voltage amplifier) โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพด้านกำลัง (power efficient) ค่อนข้างต่ำ ดังนั้นหากเราต้องการให้วงจรเหล่านี้จ่ายกระแสปริมาณมากออกมาขับภาระได้ วงจรจะกินกำลังมากและจะมีความสูญเสีย (loss) ในรูปของความร้อนสูงมากจนอาจทำให้อุปกรณ์ไหม้หรือระเบิดได้ ดังนั้นโดยทั่วไปเราจะนำสัญญาณที่ผ่านการขยายแรงดันแล้วมาเข้าวงจรขยายกำลัง (power amplifier) ซึ่งเป็นวงจรที่มีอัตราขยายประมาณหนึ่งแต่จะมีความสามารถในการจ่ายกระแสเอาต์พุตสูง [ ด้วยเหตุนี้บางครั้งเราจึงเรียกวงจรประเภทนี้ว่าวงจรขับกระแส (current driver) หรือ วงจรภาคเอาต์พุต (output stage) ]

3 วงจรขับกระแส Class A

4

5

6 Q1 ต้องสามารถทนต่อกำลังงาน VCCI ได้เป็นระยะเวลายาวนาน
VEE = -VCC และ I = VCC/RL Q1 ต้องสามารถทนต่อกำลังงาน VCCI ได้เป็นระยะเวลายาวนาน

7 วงจรขับกระแส Class B

8

9 Cross-over distortion

10 วงจรขับกระแส Class AB

11 กำลังงานที่ปรากฏที่อุปกรณ์
Power BJTs กำลังงานที่ปรากฏที่อุปกรณ์

12 อุณหภูมิของตัวอุปกรณ์จะเท่ากับ
อุณหภูมิสภาพแวดล้อม อุณหภูมิของตัวอุปกรณ์จะเท่ากับ ความต้านทานเชิงอุณหภูมิ (thermal resistance) อุปกรณ์ทุกชนิดจะสามารถทนความร้อนได้จำกัด ถ้าความร้อนของตัวอุปกรณ์เกินกว่าที่มันจะทนได้ มันอาจจะหลอมหรือระเบิดได้ วงจรสมมูลของการนำความร้อน (Equivalent Circuit for thermal-conduction process)

13 ในทางกลับกัน ถ้าเราทราบ TA และ TJ เราสามารถคำนวณได้ว่า กำลังไฟฟ้าที่ปรากฏที่ตัวอุปกรณ์คือ
ดังนั้นหากเราทราบว่าอุณภูมิสูงสุดที่อุปกรณ์จะรับได้คือเท่าไหร่ เราสามารถคำนวณกำลังสูงสุดที่มันจะรับได้ว่า ตัวอย่างเช่น BJT รุ่น 2N1936 มี qJA= 37.5oC/W และ Tjmax = 175oC จะสามารถทนกำลังสูงสุด ที่อุณหภูมิสภาพแวดล้อม 25oC ได้เท่ากับ (175-25)/37.5 = 4 W ที่อุณหภูมิสภาพแวดล้อม 100oC ได้เท่ากับ (175-25)/37.5 = 2 W ที่อุณหภูมิสภาพแวดล้อม 175oC ได้เท่ากับ 0 W

14 โดยทั่วไป datasheet จะแสดง pDmax ของ BJT ที่อุณหภูมิต่าง ๆ
2N1936

15 การนำความร้อนของอุปกรณ์จะมีสองช่วงคือจากอุปกรณ์ภายในไปยังตัวถังและจากตัวถังไปยังสภาพแวดล้อม
Medium power BJT 2N5191 (ตัวถัง TO-126) High Power BJT 2N6547 (ตัวถัง TO-3)

16 2N5191 (ตัวถัง TO-126) ถ้าเราต้องการให้ BJT ทนความร้อนได้ดีขึ้น เราจะต้องมีการช่วยระบายอากาศในแก่อุปกรณ์ด้วยการติดแผ่นระบายความร้อน (heatsink) เพื่อเป็นการเพิ่มการระบายความร้อนจากตัวถังไปยังสภาพแวดล้อม

17 แผ่นระบายความร้อน

18 ดังนั้น

19 สำหรับ 2N5191 (ตัวถัง TO-126) ถ้าให้ทำงานที่อุณหภูมิ 50oC
โดยไม่ติด heatsink จะทนกำลังได้ เมื่อติด heatsink โดย และ จะทนกำลังได้

20 2N3771 (ตัวถัง TO-3) มี และ TJmax = 200oC เมื่อติด heatsink โดย และ ที่อุณหูมิสภาพแวดล้อม 25oC จะทนกำลังได้ ที่อุณหูมิสภาพแวดล้อม 50oC จะทนกำลังได้

21 BJT Save Operating Area (SOA)

22 สำหรับ 2N5191 BVCEO = 60 V และ ICmax = 7 A
BJT Save Operating Area (SOA) สำหรับ 2N5191 BVCEO = 60 V และ ICmax = 7 A