Ch12 class a amplifier and transformer couple

Class A amplifierTransformer couple

บทท 12 วงจรขยาย Class A

Amplifier

• การขยาย คอ การท าใหสญญาณเลกๆ มขยายทใหญทขน• ในการสญญาณขนาดเลก มตวประกอบหลกทพจารณา คอ

• Amplification linearity (การขยายเชงเสน)• Magnitude of gain (ขนาดของอตราการขยาย)

• ในการสญญาณขนาดใหญ หรอ การขยายก าลงไฟฟา มตวประกอบหลกทพจารณา คอ• Power efficiency (ประสทธภาพการขยาย)• Maximum power capability • Impedance matching to the output device

Amplifier types

• Class A• สญญาณอนพตทเขามาจะท าการขยายทง 360 องศา•Q-point จะตองถกเลอกอยทจดกงกลางของ load line.

• Class B• สญญาณอนพตทเขามาจะท าการขยายทง 180 องศา•Q-point จะตองถกเลอกอยทจด cutoff

• Class AB• เปนการรวมกนระหวางวงจรขยาย class A และ B • สญญาณอนพตทเขามาจะท าการขยายระหวาง 180 และ 360.•Q-point จะตองถกเลอกอยระหวางจดกงกลางและ cutoff.

Amplifier types

• Class C• สญญาณอนพตทเขามาจะท าการขยายนอยกวา 180 • Q-point จะถกเลอกใหต ากวาจด cutoff

• Class D• เปนการขยายสญญาณ is biased especially for digital signals.

Amplifier efficiency

• power efficiency ค ำนวณไดจำกอตรำสวนหรอ ratio ของ 𝑷𝒐𝒖𝒕𝒑𝒖𝒕

𝑷𝒊𝒏𝒑𝒖𝒕

• Efficiency improves from Class A to Class D.

Class A Amplifier

• The amplifier conducts through

the full 360 of the input.

• The Q-point is set near the

middle of the load line.

Remember that the DC load line indicates

the maximum and minimum limits set by the

DC power supply.

Series-fed Class A Amplifier

• กำรใชก ำลงไฟฟำของทรำนซสเตอรจะอยในชวง 5-10 W


• DC Bias operation

• The dc bias set by VCC and RB fixes the dc base-bias current

at

• The collector current then is

• The collector-emitter voltage is

0CC B B BEV I R V- - = CC BEB

B

V VI

R

-=

CE CC C CV V I R= -


• Load line and Q-point


• กำรท ำงำนในไฟฟำกระแสสลบ (AC operating)

เมอสญญาณอนพต AC ถกน าไปขยาย เอาตพตของกระแสและแรงดนจะแตกตางกน

สญญาณอนพตส าหรบการขยายมขนาดใหญ

กระแสทเอาตพตสามารถสลบจาก 0mA ถง ICSAT

แรงดนเอาตพตสามารถสลบจาก0V ถง maximum VCC


• กำรพจำรณำก ำลงไฟฟำ (Power considerations)

• Input power : จากแหลงไฟฟากระแสตรง เมอไมมสญญาณอนพตไฟฟากระแสตรง เปนการวาดกระแสคอลเลคเตอรไบอส ICQ.

ถงแมจะใชสญญาณไฟฟากระแสสลบ การวาดกระแสเฉลยยงคงเหมอนกบแหลงจาย

แลว


• กำรพจำรณำก ำลงไฟฟำ (Power considerations)• Output power :

The output voltage and current varying around the bias point provide ac power to the load.

This ac power is delivered to the load RC and can be expressed in a number of ways.

( ) ( )(ac) rms rmso CE CP V I=

( )2(ac) rmso C CP I R=

( )2 rms

(ac) Co

C

VP

R=


• กำรพจำรณำก ำลงไฟฟำ (Power considerations)• Efficiency :

The efficiency of an amplifier represents the amount of ac power delivered from the dc source.


• กำรพจำรณำก ำลงไฟฟำ (Power considerations)• Maximum efficiency :

Maximum efficiency สามารถหาไดจากคา maximum voltage และ current swings.

For the voltage swing :

For the current swing :

maximum (p-p)CE CCV V=

maximum (p-p) CCC

C

VI

R=



Using the maximum voltage swing, the maximum power output is

The maximum power input

2

maximum (ac)8

CCo

C

VP

R=

2

maximum (dc)2

CCi

C

VP

R=



2

2

8100%

2

CC C

CC C

V R

V R= ´

25%=

Example

• ค ำนวณหำก ำลงไฟฟำอนพต เอำตพต และประสทธภำพของวงจรขยำยเมอปอนอนพตแรงดน(𝑽𝒊)ทขำเบสโดยมกระแสไหลสงสด 𝑰𝑩(𝒎𝒂𝒙) = 𝟏𝟎𝒎𝑨

( )20V 0.48A 20

10.4V

CEQ CC C CV V I R= -

= - W

=

ค ำนวณหำจดท ำงำนของวงจร

Example

( ) 20VCE off CCV V= =

Example

• เมอปอนสญญำณไฟฟำกระแสสลบ(AC)เพมเขำไปทขำเบส dc bias กระแสใหเพมขนถงจดสงสด จะไดค ำนวณดงน

( )( ) ( )

( )

222 250mAp

(ac) rms 20 0.625 W2 2

Co C C C

IP I R R= = = W =

( )( )(dc) 20V 0.48A 9.6Wi CC CQP V I= = =

0.625 W(ac)% 100% 100% 6.5%

(dc) 9.6 W

o

i

P

Ph = ´ = ´ =

)=

Transformer-Coupled Class A Amplifier

• วงจรนใชหมอแปลงคกบภำระ

• ชวยเพมประสทธภำพของ Class A ถง 50%.

Transformer Action

• หมอแปลงสำมำรถเพมหรอลดตำมระดบแรงดนหรอกระแส ตำมจ ำนวนรอบ อตรำสวน(ratio)• Voltage ratio

• Current ratio

• Impedance ratio

2 2

1 1

V N

V N=

2 1

1 2

I N

I N=

R1 = R’L


• DC load line

• ในการขยาย class A ทงหมด Q-point จะตองเลอกใหอยใกลกงกลางของDC load line มากทสด


• AC load line• จดอมตว(IC(max)) คอ

Vcc/RL• จด cutoff คอ V2

(แรงดนของหมอแปลงขวดทสอง)

• การแกวงของเอาตพตทเพมขนสงสดเปน เพราะคาสงสดและต าสดของ ICและ VCE เปนหลก


• Voltage swing

• Current swing

• AC output power

VCE(max)

VCE(min)

(max) (min)

(p-p)CE

CE CE

V

V V= -IC(max)

IC(min)(max) (min)

(p-p)C

C C

I

I I= -

(ac)

(p-p) (p-p)

8

o

CE C

P

V I=


• Efficiency• Power input from the dc source

• Power dissipated as heat across the resistor

• Maximum efficiency

(dc)i CC CQP V I=

(dc) (ac)Q i oP P P= -

large small

Example

• Calculate the ac power delivered to the 8 speaker. The dc base current is 6mA and the input signal results in a peak base current swing of 4mA.

10VCEQ CCV V= =

• The dc load line is drawn vertically from the voltage input:

• For IB = 6mA, the operating point is

• The effective ac resistance seen at the primary is

Example

10VCEQ CCV V= =

140mACQI =

140mA+ 139mA= 279mACQ CI I+ =

• For the ac load line, the current swing is

then

• The maximum and minimum collector current is

• The maximum and minimum collector-emitter voltage is

• Hence, the ac power delivered to the load is

(max) (min)18.3V, 1.7VCE CEV V= =

(max) (min)255mA, 25mAC CI I= =

( )( )

( ) ( )

(max) (min) (max) (min)(p-p) (p-p)(ac)

8 8

18.3 1.7 V 255 25 mA0.477 W

8

CE CE C CCE Co

V V I IV IP

- -= =

- -= =

Homework

• (a) ค ำนวณหำก ำลงไฟฟำ input และ output ของวงจร โดยสญญำณอนพตของกระแสไบอสขำเบส มคำ 5mA rms.

• (b) ค ำนณหำพลงงำนอนพตทสญเสย (power dissipated) จำกวงจรถำRB เปลยนเปน 1.5k

Homework

• (a) ค ำนวณหำก ำลงไฟฟำ input และoutput ของวงจร โดยสญญำณอนพตของกระแสไบอสขำเบส มคำ 5mA rms.

18V 0.7V14.42mA

1.2

CC BEBQ

B

V VI

R k

- -= = =

W

( )40 14.42mA 576.67mACQ BQI Ib= = =

( ) ( )( )dc 18V 576.67mA 10.4 Wi CC CQP V I= = =

( ) ( ) ( )rms rms 40 5mA 200mAC BI Ib= = =

( ) ( ) ( ) ( )22ac rms 200mA 16 640mWo C CP I R= = W =

• (b) ค ำนณหำพลงงำนอนพตทสญเสย (power dissipated)

• (c)จำกวงจรถำ RB เปลยนเปน 1.5k

(dc) (ac)Q i oP P P= -

• (b) ค ำนณหำพลงงำนอนพตทสญเสย (power dissipated)

• (c)จำกวงจรถำ RB เปลยนเปน 1.5k

18V 0.7V11.5mA

1.5

CC BEBQ

B

V VI

R k

- -= = =

W

( )40 11.5mA 460mACQ BQI Ib= = =

( ) ( )( )dc 18V 460mA 8.3Wi CC CQP V I= = =

Quiz

• A transformer-coupled class A amplifier drive s a 16- load through a 3.87:1 transformer. Using VCC = 36V, the circuit delivers 2W to the load. Find

• (a) P(ac) across transformer primary• (b) VL(ac)• (c) The rms values of load and primary current

Quiz

• (a) Since the circuit delivers 2W to the load

• (b)

• (c)

primary 2WLP P= =

2

2 WLL

L

VP

R= =

2 2WL L LP I R= =

( )( ) ( )( )2W 2W 16 5.66VL LV R= = W =

( ) ( ) ( )2W 2W 16 353.55mAL LI R= = W =

• (c) 2 2WL L LP I R= =

1

pri 2

3.87LI N

I N= =

( ) ( ) ( )2W 2W 16 353.55mAL LI R= = W =

pri

353.55mA91.36mA

3.87 3.87

LII = = =

Thank you

ท าขอสอบได ให A

ไมไดท าขอสอบจะใหอะไร ( F ในใจไวกอน)

Ch12 class a amplifier and transformer couple

Education