วงจรขยายกำลัง

17.1 วงจรขยายกําลงั คลาส A เปน วงจรขยายกําลังทใี่ หไ บแอสทรานซสิ เตอรท ่ีกงึ่ กลางของเสน โหลด จึงไมเกดิ ความ เพีย้ นของสัญญาณ เมื่อไมป อ นสัญญาณจะเกิดกาํ ลังงานสูญเสียท่ที รานซิสเตอร เนอ่ื งจากมกี ระแส ไหลผา นทรานซิสเตอรตลอดเวลา ทาํ ใหป ระสทิ ธิภาพในการขยายตาํ่ 17.1.1 ทรานสฟอรเ มอรคปั เปล เปน การใชทรานสฟอรเ มอรในการถา ยทอดสญั ญาณเอซี ระหวา งเอาตพตุ ของ วงจรขยายกาํ ลงั กับโหลด นอกจากนีท้ รานสฟอรเมอรย งั ทําหนาท่ีแยกแรงดันดีซดี วย + VCC T1 R1 RL - C1 + Q1 R2 R3 + RE R4 - C2 (a) วงจรขยายทรานสฟ อรเมอสค ปั เปลคลาส A I2 I1 Py Sy ( )V1 R″L = R′L + RPY R′L =NN12 2 N1 N2 V2 RL RL 212 (b) รเี ฟคโหลด รูปท่ี 17.1 วงจรขยายคลาส A

รูปที่ 17.1(a) เปนวงจรขยายกําลงั คลาส A ใชเอาตพ ตุ ทรานสฟอรเ มอรเปน ตวั ถายทอด สญั ญาณใหโ หลด RL เรียกวาวงจรขยายทรานสฟอรเ มอรค ัปเปล ทรานสฟอรเ มอรรบั การ เปล่ียนแปลงของ IC และเหนีย่ วนําผานขดทตุ ยิ ภูมิไปท่ี RL การจดั ไบแอสวงจรเปนแบบ อมิ ิตเตอรเคอรเ รน็ ตไ บแอส โดยวงจรแบงแรงดันที่ R1 และ R2 เปนไบแอสท่เี บสของ ทรานซิสเตอร และตัวตา นทาน R3 และ R4 เปน ตวั กาํ หนดคากระแสอมิ ิตเตอร ซ่งึ R3 ไมมีตวั เกบ็ ประจุบายพาสสเพื่อใชเ ปน ตัวปอ นกลับของสัญญาณเอซี พิจารณารปู ที่ 17.1(b) N1 คอื จาํ นวนรอบของขดปฐมภมู ิ และ N2 คอื จาํ นวนรอบของขด ทุตยิ ภูมิ V1 และ I1 คอื แรงดันและกระแสที่ไหลในขดปฐมภมู ิ ในขณะท่ี V2 และ I2 เปน แรงดัน และกระแสทไี่ หลในขดทุตยิ ภูมิ ความตานทานโหลด RL จะคาํ นวณไดจ าก RL = V2 I2 ความตานทานโหลดเอซีท่ขี ดปฐมภูมิ คอื RL′ จะคํานวณไดจ าก RL′ = V1 I1 จากทฤษฏเี บื้องตน ของทรานสฟอรเ มอร V1 = N1 V2 N 2 V1 = N1 × V2 N2 และ I1 = N2 I2 N1 I1 = N2 × I2 N1 เม่อื แทนคา V1 และ I1 ลงในสมการของ RL′ จะได RL′ = ( N1 / N 2 ) × V2 = ⎛ N1 ⎞2 × V2 (N2 / N1) × I2 ⎜ ⎟ ⎝ N2 ⎠ I2 RL′ = ⎛ N1 ⎞2 × RL ----------(17.1) ⎜ N2 ⎟ ⎝ ⎠ ความตา นทานที่ขดปฐมภมู คิ ือ RL′ ซึ่ง RL′ จะพบในเทอมของรีเฟคโหลด (refected load) ซ่ึงเปน คา ความตานทานโหลดเมอ่ื มองทีข่ ดปฐมภูมิ 17.1.2 เสน โหลดดีซแี ละเอซี โหลดดซี ีที่ตออนุกรมกับทรานซิสเตอรใ นรปู ท่ี 17.1(a) เปนผลรวมของตวั ตานทานท่ีขวั้ อมิ ิตเตอรและคา ความตานทานที่ขดปฐมภูมขิ องทรานสฟอรเมอร ดงั น้ัน 213

RL(dc) = RPY + R3 + R4 ----------(17.2) และโหลดเอซที ัง้ หมดคือผลรวมของรีเฟคโหลด RL′ ซึ่งเปนความตา นทานของขดปฐมภูมิ และตัวตา นทานอมิ ติ เตอร (R3) เพราะไมม ีการตอตวั เกบ็ ประจบุ ายพาสส R3 จะมีคา นอ ยมากเม่อื เปรยี บเทยี บกับ RL′ ดงั นัน้ RL(ac) ≈ RPY + RL′ ----------(17.3) 17.1.3 ประสทิ ธิภาพการขยายคลาส A ดีซีเพาเวอรหรือกาํ ลังดซี ีที่ถกู ขยายดว ยวงจรขยายกาํ ลัง และวงจรขยายจะเปลยี่ น กําลังดซี ใี หเปนกาํ ลังเอซที โ่ี หลด บางครั้งกาํ ลังอินพุตที่เกดิ ข้ึนบนเอาตพ ุตทรานซิสเตอร หรือบน สว นประกอบอนื่ ของวงจรขยายกําลงั อาจทําใหเ กดิ การสูญเสียกาํ ลังทีโ่ หลดหรอื อปุ กรณน น้ั ดังนน้ั ประสทิ ธภิ าพ (Efficiency) จงึ วัดถึงคณุ สมบตั ิของวงจรขยายในการเปล่ยี นกําลังดซี ีทอ่ี ินพุต ใหเ ปน อัตราทนกําลังเอซีทีโ่ หลด ประสิทธภิ าพ ( η ) = PO(AC) ×100% --------(17.4) ถากาํ ลงั อนิ พุตดีซีคือ Pi(DC ) Pi = VCC × Iave คุณสมบัตขิ องวงจรขยายคลาส A เมอ่ื Iave = ICQ ดังนัน้ Pi = VCC × ICQ วงจรวงจรขยายคลาส A ในรปู ที่ 17.1 ถา VE << VCC และ VCEQ จะมคี า ประมาณเทากับ VCC ดังนั้นคาแรงดนั พกี ท่ีขดปฐมภูมิจะมคี าประมาณ ± VCC เมอื่ ทรานซสิ เตอรถ ูกไบแอสให ทาํ งานท่จี ุดคัตออฟและจดุ อมิ่ ตัว ดังนั้นกระแสพกี ที่ทรานสฟอรเมอรจะมีคา เทา กบั ± ICQ กาํ ลงั เอซสี ูงสุดจะถูกสงไปทขี่ ดปฐมภมู ิของทรานสฟอรเมอร สามารถคํานวณไดด ังน้ี Po′ = Vrms × Irms = VP × I P 22 หรือ Po′ = VP × I P ----------(17.5) 2 สมมตใิ หท รานสฟอรเ มอรมปี ระสทิ ธิภาพ 100 % และกําหนดใหค าแรงดนั และกระแสมี คา สูงสุด ดงั น้ัน Po = VCC × ICQ Po = 2 0.5 × VCC × ICQ ประสทิ ธิภาพของการขยายสงู สุด คือ 214

η= Po × 100% = 0.5 × VCC × ICQ × 100% VCC × I CQ Pi η = 50 % วงจรขยายกาํ ลังคลาส A ประสทิ ธิภาพการขยายจะมีคาสูงสุดประมาณ 50 % ดงั นัน้ เม่อื มี อัตราทนกาํ ลังเกดิ ขึน้ ในตวั ตานทานอมิ ติ เตอร และทรานสฟอรเมอรแลว ประสทิ ธภิ าพของ วงจรขยายคลาส A โดยทั่ว ๆ ไปจะมีคานอ ยกวา 25 % ตัวอยา งที่ 17.1 สมมติวา ทรานสฟอรเมอรมปี ระสิทธิภาพ = 80 % จงคํานวณหาคาประสิทธภิ าพสูงสุด ของวงจรขยายคลาส A โดยกําหนดรายละเอยี ดดงั นี้ VCC = 16 V , R1 = 4.7 KΩ , R2 = 3.9 KΩ และ RE = 1KΩ ทรานสฟอรเมอร T1 มีคา ความตา นทาน RPY = 40 Ω , N1 = 74 รอบ และ N2 = 14 รอบความตา นทานโหลด RL = 56 Ω วธิ ีคํานวณ คาํ นวรหาคา ดีซไี บแอสของวงจร VB = VCC × R2 = 16V × 3.9KΩ VB = = 4.7KΩ + 3.9KΩ VE = R1 + R2 VB = 7.25 V − 0.7 V 7.25 V VB − VBE 6.5 V IE = VE = 6.5V IE = RE 1KΩ และ IC = คาํ นวณหาคา VCE 6.5 mA 6.5 mA IE = VCC = IC ( RPY + RE ) + VCE = VCC − IC ( RPY + RE ) VCE = 16 V − 6.5 mA ( 40 + 1 KΩ ) VCE = 9.24 V และ Pi = VCC × ICQ = 16 V × 6.5 mA Pi = 104 mW 9.24 V VP = VCEQ = 215

IP = ICQ = 6.5 mA กําลังที่ขดปฐมภมู ขิ องทรานสฟอรเ มอร คํานวณจากสมการ (17.5) Po′ = VP I P = 9.24V × 6.5mA 2 2 Po′ = 30.03 mW กําลังเอาตพุตท่ีทรานสฟอรเ มอร Po = ηPo′ = 0.8 × 30.03 mW Po = 24.02 mW ประสิทธภิ าพของวงจรจะหาไดจากสมการ (17.4) η= Po × 100% = 24.02mW ×100% Pi 104mW η = 23.09 % 17.2 วงจรขยายกาํ ลังคลาส B การไบแอสทรานซิสเตอรข องวงจรขยายคลาส A เปน คลาสที่ไมม ปี ระสิทธิภาพในการ ขยายมากนกั เนอ่ื งจากเกิดกาํ ลงั งานสญู เสยี ท่ีทรานสซสิ เตอร ถงึ แมวาจะไมมกี ารปอนสัญญาณท่ี อนิ พตุ ก็ตาม ดังนนั้ จงึ กําหนดใหทรานซิสเตอรทาํ งานทีจ่ ดุ คัตออฟ เรยี กการขยายนวี้ า คลาส B โดยใหไ บแอสทรานซสิ เตอรท ี่จดุ คตั ออฟ จึงไมมีกระแสไหลท่ีทรานซสิ เตอรเ ม่ือยงั ไมปอน สญั ญาณ จงึ ไมเกิดกําลงั งานสูญเสียท่ีทรานซสิ เตอร วงจรขยายคลาส B มปี ระสทิ ธภิ าพมากกวา วงจรขยายคลาส A 17.2.1 ทรานสฟอรเมอร- คปั เปล T1 V1 V1 Q1 T1 R1 VCC (a) การจดั เฟสของสญั ญาณ V2 R2 RL V2 Q2 (b) วงจรขยายคลาส B 216

10 Q1 100 µA ∆IB1 8 Q ∆IB2 6 4 2 4 8 12 16 12 8 4 2 4 6 100 µA Q2 8 10 ∆VCE1 Cross over distortion ∆VCE2 (c) กราฟคณุ ลกั ษณะวงจรขยายพุชพลุ คลาส B รปู ที่ 17.2 วงจรขยายกําลงั พุชพุลคลาส B วงจรขยายคลาส B เบ้ืองตนแสดงดังรูปท่ี 17.2(b) ทรานสฟอรเมอร T1 จะทําการถา ยทอด สัญญาณจากขว้ั คอลเลกเตอรของทรานซสิ เตอร Q1 กบั Q2 ไปทขี่ ดทตุ ิยภูมิ ทข่ี ดปฐมภูมิจะมี เซ็นเตอรแทป ซึง่ ตอกบั แหลง จา ยแรงดนั ดีซี (VCC) และขัว้ อมิ ิตเตอรของ Q1 และ Q2 ตอ ลง กราวด และ R1 และ R2 ซ่ึงตอทเ่ี บสลงกราวด ทาํ ใหเ บสไดรับไบแอสออฟ สญั ญาณอินพุตที่ผานการจดั เฟสแลว ดงั รูปท่ี 17.2(a) ถกู ปอ นทเี่ บสของทรานซิสเตอร ซ่งึ เฟสของสัญญาณอินพุตทป่ี อ นจะตา งเฟสกนั 180 องศา ดังน้ันเมอ่ื V1 เปน สญั ญาณในไซเกลิ บวก สวน V2 จะเปนสัญญาณในไซเกิลลบซ่งึ จะทาํ ให Q2 ไดรบั ไบแอสออฟ ในขณะที่ Q1 ไดร บั 217

ไบแอสออน ทาํ ใหก ระแสคอลเลกเตอรของ Q1 มคี าเพ่ิมข้ึน เกดิ สญั ญาณไซนครึง่ ไซเกิลในรปู ของแรงดันตกครอมท่ขี ดปฐมภูมดิ านบนของทรานสฟอรเมอร เมอ่ื สญั ญาณในคร่ึงไซเกลิ บวกท่ี เบสของ Q1 เปล่ยี นแปลงเปน ครึ่งไซเกลิ ลบ และเบสของ Q2 จะเปนบวก ทาํ ให Q1 ไดร บั ไบแอส ออฟ และ Q2 ไดรบั ไบแอสออน ทําใหเ กิดสัญญาณไซนครึ่งไซเกลิ ตกครอมทข่ี ดปฐมภูมดิ านลา ง ของ ทรานสฟอรเ มอร สญั ญาณไซนแ ตละครึง่ ไซเกิลทีต่ กครอ มขดปฐมภูมิ จะเหน่ียวนําไปที่ขดทตุ ยิ ภูมิ ทําให เกดิ สัญญาณไซนที่ขดทตุ ยิ ภูมิทงั้ ไซเกิลบวกและไซเกิลลบปอนที่โหลด RL วงจรการขยายคลาส B ใชท รานซิสเตอร 2 ตัว ตอ วงจรแบบพุช-พลู (push-pull) การ ทํางานแสดงไดโ ดยการเขยี นเสน โหลดบนกราฟคุณลัษณะของวงจรดงั รปู ที่ 17.2(c) เม่อื ปอนสญั ญาณอนิ พุตทีเ่ บส Q1 และ Q2 เมอื่ กระแสเบส Q1 มคี าเพมิ่ จาก 0 เปน 100 µA Q2 ยังคงไดร บั ไบแอสออฟ ขณะท่ี Q1 ไดร บั ไบแอสออนและ VCE1 จะมีคา ลดลงเหลอื ประมาณ 1 V ที่จุดนแ้ี รงดันทตี่ กครอมท่ีขดปฐมภมู ดิ า นบนทรานสฟอรเมอรใ นรปู ที่ 17.2(c) คือ VRL = VCC − VCE = 16 V − 1 V VRL = 15 V เมอ่ื กระแสเบสของ Q2 มีคา เพม่ิ ข้ึนจาก 0 เปน 100 µA Q1 จะไดร บั ไบแอสออฟ และ Q2 ไดร ับไบแอสออน แรงดันตกครอ มท่ีขดปฐมภูมดิ านลางของทรานสฟอรเ มอร 15 V 17.2.2 ประสิทธิภาพของวงจรขยายคลาส B เม่ือไมมสี ญั ญาณอนิ พุต ทรานซิสเตอรทง้ั สองตวั ไดร บั ไบแอสออฟ ทําใหมีกําลงั สญู เสยี เปนศนู ย และเม่อื มีสัญญาณไซนตกครอ มท่ีขดปฐมภูมขิ องทรานสฟอรเ มอร (ปอ นสญั ญาณ อนิ พตุ ) ทําใหทรานซสิ เตอรน าํ กระแส จะทําใหส ้ินเปลืองกาํ ลังนอยกวา วงจรขยายคลาส A ในวงจรคลาส B กําลังดีซอี ินพตุ คอื Pi = VCC × Iave Pi = VCC × 0.636 × Ip และกาํ ลังเอซีทขี่ ดปฐมภูมิของทรานสฟอรเ มอร Po′ = VP × I P 2 Po′ ≈ VCC × I P 2 สมมตใิ หป ระสทิ ธภิ าพของเอาตพ ุตทรานสฟอรเ มอร 100 % Po = 0.5 × VCC × Ip และประสิทธภิ าพสูงสุดในการขยายคลาส B จะมีคา 218

η= Po × 100% Pi η= 0.5 × VCC × I P × 100% 0.636 × VCC × I P η = 78.6 % กาํ ลงั ทขี่ ดปฐมภมู ิของเอาตพ ุตทรานสฟ อรเมอร คือ Po′ ใชส าํ หรับหาคา เอาตพ ุตเ พาเวอร และประสทิ ธภิ าพของเอาตพตุ ทรานสฟ อรเมอร Po′ = Po ----------(17.6) η กาํ ลังทขี่ ดปฐมภมู จิ ะหาไดจาก Po′ = (Vrms ) 2 RL′ ขณะที่ Vrms คือแรงดนั ท่ขี ดปฐมภูมมิ หี นว ยเปน Vrms และ RL′ คือเอซอี มิ พแี ดนซข องขด ปฐมภูมิของทรานสฟอรเ มอร เมอ่ื ใชคา แรงดนั พกี สมการที่ไดคอื Po′ = (VP / 2)2 = (VP )2 RL′ 2RL RL′ = (VP )2 ----------(17.7) 2 Po′ สมการที่ (17.1) RL′ สามารถคํานวณในโหลดความตา นทาน RL และอัตราสวนของขด ทรานสฟอรเ มอร RL′ = ⎛ N1 ⎞2 × RL ⎜ N2 ⎟ ⎝ ⎠ อิมพีแดนซที่มองเขาไปท่ขี ดเซ็นเตอรแทปของทรานสฟอรเ มอร(รปู ที่ 17.2(b)) จะได RL′′ = ⎛ 2 N ⎞ 2 = ⎛ N1 ⎞ 2 ⎜ ⎟ 4⎜ N2 ⎟ ⎝ 1 × RL ⎠ × RL ⎝ N2 ⎠ หรือ RL′′ = 4RL′ ----------(17.8) จากรปู ท่ี 17.2(b) จะเห็นวา เมื่อ Q1 หยุดนํากระแส และ Q2 นํากระแส แรงดนั ที่มี คาสูงสุดจะมีคาประมาณ + VCC จะเหน่ียวนาํ ท่ขี ดปฐมภมู ทิ ีต่ อกับ Q1 (เสนประของรปู ที่ 17.2(b)) การเหนยี่ วนาํ ของแรงดันจะขน้ึ อยูกับแหลงจายแรงดนั ดังนน้ั แรงดันที่คอลเลกเตอรของ Q1 ก็คอื VCE(max) = + VCC + VCC VCE(max) = 2VCC ----------(17.9) การหาคากระแสพีกทไี่ หลผานทรานซสิ เตอร จะหาไดจาก 219

Ip = 2 PO′ ----------(17.10) VP ตัวอยางท่ี 17.2 วงจรขยายคลาส B ทรานสฟอรเ มอร- คัปเปล มีกาํ ลัง 5 วัตตท่ีโหลด 16 Ω และแหลงจาย แรงดนั VCC = 36 V จงหาคุณสมบตั ิของเอาตพ ุตทรานสฟอรเมอรและเอาตพ ุต ทรานซิสเตอร ถาสมมตใิ หท รานสฟอรเมอรม ปี ระสทิ ธภิ าพ 80 % วธิ คี ํานวณ จากสมการที่ (17.6) Po′ = PO = 5W 0.8 Po′ = η Vp 36 V จากสมการที่ (17.7) ≈ 6.25 W VCC = RL′ = (VP )2 = 36V × 36V RL′ = 2 × 6.25W จากสมการที่ (17.8) 2 PO′ 103.68 Ω RL′′ = 4RL′ = 4 × 103.68 Ω RL′′ = 414.72 Ω คุณสมบัติของทรานสฟอรเ มอรคือ Po = 5 W, RL = 16 Ω RL′′ = 414.72 Ω ทข่ี ดเซ็นเตอรแทป จากสมการ (17.9) แรงดันตกครอมทรานซิสเตอรส ูงสดุ คือ VCE(max) = 2VCC = 2 × 36 V VCE(max) = 72 V และกระแสสงู สดุ IC(max)= Ip จากสมการท่ี (17.10) Ip = 2 PO′ = 2 × 5W Ip = 36V กําลงั ดซี ที อี่ นิ พุตคือ VP 277 mA 220

Pi = VCC × Iave = VCC × 0.636Ip = 36 V × 0.636 × 277 mA Pi = 6.34 W และกําลังเอซที ข่ี ดปฐมภูมิของทรานสฟอรเมอรค ือ Po′ = 5 W ดังนน้ั อตั ราทนกาํ ลังทเ่ี อาตพตุ ทรานซิสเตอรทง้ั สองตวั คือ 2PT = Pi − Po′ = 6.34 W − 5 W 2PT = 1.34 W และอัตราทนกําลังของทรานซสิ เตอรแ ตละตวั คือ PT = 1.34W PT ≈ 2 0.67 W คณุ สมบตั ิของทรานซิสเตอรทีใ่ ชใ นวงจรคอื PT ≈ 0.67 W, VCE(max) = 60 V, IC(max) = 277 mA 17.3 วงจรขยายกําลังคลาส AB สญั ญาณทีข่ ดปฐมภูมิจะถูกเหนีย่ วนาํ ไปที่เอาตพุตของวงจรขยายคลาส B จะไมเปน รูปที่ สญั ญาณไซนทสี่ มบูรณ เนือ่ งจากเกิดความเพ้ียนของสญั ญาณที่รอยตอ เรียกวาครอสโอเวอร ดิสตอรช ัน่ (Cross over distortion) เนอ่ื งจากทรานซิสเตอรจ ะยังไมนาํ กระแส จนกวา สัญญาณ อนิ พตุ จะทาํ ใหแรงดนั เบส-อมิ ติ เตอรมีคาประมาณ 0.7 V ยงั คงทําใหทรานซิสเตอรไดรบั ไบแอส ออฟอยู จนกวาแรงดนั อินพตุ มคี ามากกวานี้ จึงจะทําใหท รานซสิ เตอรไ ดร บั ไบแอสออน ดงั นน้ั จงึ มกี ารดดั แปลงวงจรใหเปน วงจรขยายคลาส AB วงจรขยายคลาส AB จําแนกตามการถา ยทอด สญั ญาณเอาตพ ุตมี 2 แบบคอื แบบใชท รานสฟ อรเ มอรคัปเปล กบั แบบไมใ ชทรานสฟ อรเ มอร คปั เปล 17.3.1 การเกิดครอสโอเวอรดสิ ตอรช ันและการแกไ ข ครอสโอเวอรดิสตอรชนั เกดิ ขนึ้ เนอื่ งจากการทํางานของทรานซิสเตอร เมอื่ ไดรับ ไบแอสออฟ ในสภาวะปกติจะไมม กี ระแสไหลในวงจร เม่อื มสี ัญญาณอินพุตที่เบสของ ทรานซสิ เตอรเปนบวก ชวงที่แรงดันอินพุตตาํ่ กวา 0.7 V ทรานซิสเตอรจ ะนาํ กระแสไดตา่ํ ดังรูปที่ 17.3(a) เมอ่ื แรงดันอินพตุ มีคามากกวา 0.7 V ทราซสิ เตอรจ ึงจะนํากระแสไดเต็มที่ 221

R2 R1 R3 กระแสไหลตอเนอื่ ง Q1 Q1 R1 กระแสเรมิ่ ไหลในชวงไม R2 กระแสไบแอส เปนเชิงเสน (Non linear) (a) เมือ่ ไมมีไบแอสทเี่ บส (b) เม่อื มไี บแอสที่เบส รูปท่ี 17.3 การนํากระแสของทรานซิสเตอร เมือ่ มกี ารไบแอสทเี่ บสของทรานซสิ เตอรมีคาสงู กวา 0.7 V (รปู ท่ี 17.3 (b)) จะเกดิ กระแส ไหลผา นทรานซิสเตอรต ลอดเวลา (การไบแอสจะตอ งทําใหก ระแสไหลพนชวงไมเ ปนเชิงเสนของ กราฟคณุ ลกั ษณะอินพุต) เมอื่ ปอ นแรงดนั สัญญาณที่เบสเปนบวก ทรานซิสเตอรจะนํากระแส เพ่ิมข้ึนจากเดิมทันที (น้นั คือทรานซิสเตอรน ํากระแสพน ชวงเชงิ เสน) และแรงดันสัญญาณที่เบส เปน ลบทรานซิสเตอรจ ะนํากระแสเพยี งเลก็ นอยเหมือนเดิม 17.3.2 ทรานสฟ อรเมอรคปั เปล วงจรขยายคลาส AB ใชทรานสฟอรเมอรเปนตวั เช่อื มตอทีภ่ าคเอาตพุตแสดงดังรปู ที่ 17.4 วงจรนเี้ รยี กวาเอาตพุตทรานสฟอรเ มอร (OPT = Output Transformer) วงจรขยายคลาส A ในรูปท่ี 17.4 ทาํ หนาทเ่ี ปน ภาคขบั สญั ญาณ ซงึ่ จดั เฟส สญั ญาณอินพตุ เพือ่ ทําการขบั สญั ญาณใหภ าคเอาตพ ตุ คลาส AB ซึ่งกาํ ลังอนิ พตุ คือภาคขบั สญั ญาณ ซง่ึ มคี า นอ ยกวา เอาตพ ตุ กําลงั ของวงจร ดังนนั้ ประสิทธิภาพของคลาส A จึงไมมคี วามสาํ คญั เอาตพ ุตทรานสฟอรเ มอร T2 จะมีเซ็นเตอรแทปท่ีขดปฐมภมู ิ แตล ะครงึ่ ของขด ปฐมภูมจิ ะทําหนา ที่เปน โหลดใหทรานซิสเตอร Q1 และ Q2 ตัวตา นทาน R5 และ R6 เปน ไบแอส ทําให Q1 และ Q2 นํากระแส และตวั ตา นทาน R7 และ R8 เปน อิมิตเตอรเ คอรเ ร็นตไบแอส สว น T1 และ Q3 ตอเปน วงจรขยายคลาส A โดยมี R1 และ R2 เปน ตวั ตานทานจัดไบแอสที่เบส โดยมี ขดปฐมภูมขิ อง T1 ทําหนา ทเ่ี ปน โหลดใหกบั Q1 และมี R3 และ R4 เปนอมิ ิตเตอรเคอรเ ร็นต ไบแอส ท่ี R4 จะมี C2 ตอ ขนาน ดงั นั้นการปอ นกลบั ของสญั ญาณจะเกดิ ขึ้นเฉพาะท่ี R3 เทานน้ั ท่ขี ดทตุ ยิ ภมู ขิ อง T1 จะมเี ซ็นเตอรแ ทปทําหนาที่เปน ตวั จดั เฟสของสญั ญาณใหก ับ Q1 และ Q2 222

Class A driver stage Class AB Output stage +VCC RL R1 R1 Q1 T2 - C1 + T1 R5 R6 R7 R2 Q3 R8 Q2 R3 R4 + C2 - รูปที่ 17.4 วงจรขยายภาคเอาตพุตคลาส AB เม่ือไมมสี ัญญาณอนิ พตุ ทรานซสิ เตอรแตล ะตวั นาํ กระแส โดยวงจรแบง แรงดนั R5 และ R6 จดั ไบแอสท่ีเบสของ Q1 และ Q2 ผา นขดทตุ ยิ ภมู ิของ T1 เปน แรงดันบวก (เพอ่ื กําจดั เวลาหนว ง ในการนํากระแสของทรานซิสเตอร สาเหตุของการเกดิ ครอสโอเวอรด ิสตอรช ัน่ ในคลาส B) เม่ือ ขดทุตยิ ภมู ิ T1 ดา นบนเปน บวกและดานลางเปน ลบ แรงดันเบสของ Q1 จะเปนบวก และแรงดัน เบสของ Q2 เปน ลบ ทาํ ให Q1 นํากระแส สว น Q2 หยุดนาํ กระแส และเม่อื ขดทตุ ิยภมู ิ T1 ดา นบน เปนลบและดา นลางเปนบวก จะทําใหแรงดันเบสของ Q2 เปนบวก และ Q1 เปนลบ ทําให Q2 นํากระแสสวน Q1 ไมนํากระแส วงจรขยายคลาส AB จะมปี ระสทิ ธิภาพการขยายนอยกวา วงจรขยายคลาส B แตวงจรขยาย คลาส AB จะนยิ มใชกนั มากกวาคลาส A เพราะมีประสิทธภิ าพในการขยายสงู กวาคลาส A ปญหาของทรานสฟอรเมอรค ปั เปลในวงจรขยาย คือทรานสฟอรเ มอรจะมผี ลตอบสนอง ทางดานความถ่ตี ํ่าและความถี่สูงไมด ี เมอื่ เปรยี บเทยี บกับการขยายแบบอืน่ ๆ ซ่ึงมียานการขยาย ความถกี่ วางและมอี ตั ราขยายเทากันทุกความถ่ี 223

17.3.3 วงจรคอมพลิเมนตารี (Complimentary ) เปน วงจรขยายคลาส AB ท่ไี มใ ชทรานสฟอรเ มอรใ นการถายทอดสญั ญาณ แตจ ะ ใชคุณสมบตั ขิ องทรานซสิ เตอร NPN กับ PNP ทํางานรว มกัน เนอื่ งจาก NPN ทรานซสิ เตอรจ ะ นํากระแสเม่ือปอ นแรงดันในไซเกลิ บวก และ PNP ทรานซสิ เตอรจ ะนาํ กระแสเม่ือมแี รงดันใน ไซเกิลลบเทานัน้ ดังรูปที่ 17.5 OFF OFF ON ON NPN Transistor PNP Transistor รูปที่ 17.5 การนํากระแสของทรานซสิ เตอร วงจรแบบคอมพลเิ มนตารีแสดงดังรปู ท่ี 17.6 ใช NPN ทรานซิสเตอรก ับ PNP ทรานซสิ เตอรต อวงจรแบบโวลตเ ตจฟอลโลเวอร ทรานซสิ เตอรท ้ังสองจะถกู เลือกใหม คี ณุ สมบัติ และคา พารามิเตอรท ี่เหมือนกัน เรยี กวงจรน้ีวา คอมพลเิ มนตารีอมิ ติ เตอรฟ อลโลเวอร จะปอน สัญญาณท่เี บสของทรานซิสเตอรพ รอ มกัน เมือ่ ปอนสญั ญาณท่ีอนิ พตุ ของวงจร NPN ทรานซสิ เตอรอ มิ ติ เตอรฟ อลโลเวอรจ ะทาํ งานในชวงแรงดันสัญญาณอนิ พุตในไซเกิลบวก และ PNP อิมิตเตอรฟ อลโลเวอรจะทาํ งานในชว งแรงดันสญั ญาณอินพตุ ในไซเกลิ ลบ NPN NPN + Q1 Q1 - VCC1 + C1 - + VCC Q2 -+ PNP -VCC2 Q2 PNP (a) OTL Complementary (b) OCL Complementary รูปท่ี 17.6 หลกั การเบ้อื งตนของวงจรคอมพลิเมนตารี 224

วงจรคอมพลเิ มนตารีจําแนกตามการเชื่อมตอสัญญาณมี 2 แบบคือ แบบท่ีใชค ะแพซิเตอร คัปเปลสัญญาณท่เี อาตพุต เรยี กวาแบบ OTL (Output Transformer Less) ดงั รปู ที่ 17.6(a) และแบบ ไดเร็กคปั เปลที่เอาตพุต เรยี กวาแบบ OCL (Output Caoacitor Less) ดงั รูปท่ี 17.6 (b) 17.4 วงจรขยายคะแพซิเตอร-คปั เปล (OTL) วงจรวงจรขยายกาํ ลงั คอมพลิเมนตารอี มิ ติ เตอรฟอลโลเวอรเบอื้ งตน ซึง่ ใชคะแพซเิ ตอร คปั เปล ทเ่ี อาตพุตแสดงดังรปู ท่ี 17.7 เรยี กวา วงจรขยายคอมพลิเมนตารสี มมาตร (complementary symmetry amplifier) VCC R3 Q2 R1 + C2 R6 C4 R4 - R7 +- C1 Q3 RL -+ Q1 R2 R5 + C3 - รูปท่ี 17.7 วงจรขยายคอมพลิเมนตารอี ิมิตเตอรฟอลโลเวอร ทรานซสิ เตอร Q1 และตวั ตานทาน R1 ถึง R5 เปน วงจรขยายคลาส A ซึ่งจัดไบแอสแบบ อมิ ิตเตอรเคอรเ ร็นตไ บแอสทําหนา ทเ่ี ปน วงจรขยายภาคหนา แรงดนั เอาตพตุ ของ Q1 ตกครอมท่ี R3 และถูกปอนไปท่เี บสของ Q2 และ Q3 ตวั ตา นทาน R4 จะทาํ หนาที่เปน ตัวจดั แรงดนั ไบแอส เพอื่ รักษารอยตอ ของเบส-อิมติ เตอรข อง Q2 และ Q3 ใหไ ดรับฟอรเ วดิ ไบแอสเมือ่ ไมม กี ารปอน 225

สัญญาณอนิ พตุ C2 จะทําหนาที่ลดั สญั ญาณความถ่ที ต่ี กครอ ม R4 ดงั น้ันสัญญาณท่ีเบสของ Q2 และ Q3 จะเปนสัญญาณเดียวกัน ตวั ตานทาน R6 และ R7 ทาํ หนา ที่จํากดั กระแสที่ไหลผา น Q2 และ Q3 เมอ่ื มแี รงดันเอาตพ ตุ ตกครอมที่ RL R6 และ R7 จะชวยใหกระแสในสภาวะท่ไี มม ี สญั ญาณปอนใหมเี สถียรภาพทจ่ี ดุ ทํางาน C4 จะเช่ือมตอสญั ญาณเอซีท่ีขยายไดจากเอาตพ ุตของ วงจรขยายไปท่โี หลด RL และทําหนา ทแี่ ยกไบแอสดซี ขี องทรานซิสเตอรไมใ หมีผลตอ RL ทีร่ อยตอ ของตวั ตานทาน R6 และ R7 จะมแี รงดันไบแอส VCC 2 ดังน้นั แรงดนั เอาตพ ตุ ท่ี ปอ นให C4 สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันในสัญญาณในไซเกิลบวก และสัญญาณใน ไซเกิลลบมคี า เทากนั จะเห็นวาเมื่อ Q2 นํากระแส สว น Q3 ไมนาํ กระแส จะมกี ระแสไหลจาก แหลง จายผาน Q2 ไปท่ี RL และ C4 จะเก็บประจุ เมอ่ื Q3 นํากระแส และ Q2 หยุดนาํ กระแส จะ ไมมกี ระแสไหลจากแหลงจายแรงดัน ดงั น้ัน C4 จะคายประจุสะสมทาํ ใหเกดิ กระแสไหลผา น Q3 ไปท่ี RL ซึ่งกระแสโหลดนจี้ ะไมใ ชก ระแสทีไ่ หลจากแหลง จา ย ในขณะที่ Q3 นํากระแส ตัวเกบ็ ประจคุ าํ นวณท่จี ุดตดั ของความถ่ีที่ตอ งการ ในวงจรจะมีคะแพซเิ ตอรคปั เปลท่ี โหลดเพียงตวั เดียว ดงั นน้ั ท่จี ุดตดั ความถีท่ ี่ตํ่ากวา 3 dB XC4 จะมคี า เทากับ RL ทีค่ วามถ่ี f1 แรงดันพีกเอาตพ ุต (Vp) และกระแสพีกเอาตพุต (IP) คํานวณไดจ ากสมการท่ี (17.7) และ สมการที่ (17.10) แรงดนั ตกครอมตัวตา นทานอมิ ติ เตอร R6 และ R7 จะมคี า เทากบั 1/10 ของ แรงดันพกี เอาตพุต เม่ือมีกระแสพกี ไหลผาน ดังนัน้ R6 และ R7 จะคาํ นวณหาคาไดจากVP และ Ip การเปล่ียนแปลงของแรงดันทีเ่ บสของ Q2 และ Q3 คอื ผลรวมของ VP และ VR6 หรอื VR7 ในสภาวะปกติ แรงดนั คอลเลกเตอร-อิมติ เตอร (VCE(dc)) ของ Q1 มีคา มากพอทจ่ี ะใหมกี าร เปล่ยี นแปลงสัญญาณในไซเกลิ ลบของแรงดันทีเ่ บส Q2 และ Q3 โดย Vp + VR7 ปราศจากการทํา ให Q1 ทํางานในยานอมิ่ ตวั ถายอมให VCE1(min) = 1 V ดงั น้นั VCE(dc) = VB + 1 V และในทาํ นองเดยี วกนั แรงดันดีซที ีต่ กครอ ม R3 (VR3(dc)) จะตองมคี ามากพอทจ่ี ะทาํ ให เบส Q2 และ Q3 สามารถเปล่ียนแปลงในไซเกิลบวก โดยปราศจากการทาํ ให Q1 นํากระแสที่ จดุ คัตออฟ ดังนน้ั VR3(dc)= VCE1(dc) = VB + 1 V แรงดนั ท่ีตกครอมตัวตานทาน R4 ควรมคี ามากพอท่ีทําให Q2 และ Q3 ไดรบั ไบแอสออน ในสภาวะสงบ สําหรบั การขยายในคลาส AB Q1 ควรมีกระแสคอลเลกเตอรมากกวา กระแสพีกที่ เบสทไี่ หลเขา Q2 และ Q3 คาแรงดนั และกระแสนจ้ี ะทําใชคาํ นวณหาตา R3 และ R4 ได ตัวตา นทาน R1, R2 และ R5 จะหาโดยใชว ธิ เี ดยี วกบั วงจรอมิ ิตเตอรเ คอรเร็นตไ บแอส 226

แรงดันคอลเลกเตอร-อมิ ิตเตอรส ูงสุดสําหรบั เอาตพ ุตทรานซิสเตอรค ือ แหลง จา ยแรงดัน VCC และคากระแสสูงสุดของทรานซิสเตอร คือผลรวมของกระแสพกี ทีโ่ หลดกับกระแสที่จุด ทํางานของ Q2 และ Q3 จะตอ งมีคาไมมากกวา 1.1 × Ip อตั ราทนกาํ ลังของ Q2 และ Q3 คํานวณ จากกําลังดีซที ่ีสงไปท่ีภาคเอาตพตุ จากแหลงจายลบดว ยอัตราทนกําลงั เอซโี หลด สวนแหลง จา ย ของทรานซิสเตอรแตละตวั กย็ งั คงหาเหมอื นเดิม กระแสท่ไี หลจากแหลง จา ยในระหวา งคร่งึ สญั ญาณไซเกิลบวกของเอาตพ ตุ แตจ ะไมม ี กระแสไหลในระหวา งครึง่ สญั ญาณไซเกลิ ลบ ดงั นนั้ กระแสทีจ่ ายออกไปเปนคร่งึ หน่ึงของ สญั ญาณ และกระแสเฉล่ียจากแหลง จายมีคา Iave = 0.5 × 0.636 × Ip และ Ip = กระแสพกี ทโ่ี หลด + กระแสท่จี ุดทํางาน Ip ≈ Ip + (0.1 × Ip) Ip = 1.1 × Ip แทนคา Iave = 0.5 × 0.636 × 1.1 × Ip ≈ 0.35 × Ip และกําลงั อนิ พุตดซี ีของวงจรขยายภาคเอาตพตุ คอื Pi(dc) = VCC × Iave = VCC × 0.35 × Iave ----------(17.11) และอตั ราทนกําลังของทรานซสิ เตอรคือ PTR = 0.5 ( Pi(dc) − Po(ac) ) ----------(17.12) 17.6 วงจรไดเรก็ คัปเปล (OCL) ตวั เก็บประจเุ ชอ่ื มตอ ทเ่ี อาตพ ตุ ของวงจรเปนสว นทม่ี ีราคาแพง เน่อื งจากมขี นาดความจุสูง ดังนัน้ ถา ตัดตวั เกบ็ ประจเุ ชื่อมตอออกจากวงจร และตอ ตวั ตา นทานโหลดทเ่ี อาตพ ตุ ไดโ ดยตรง รูปที่ 17.11 เปนวงจรขยายกาํ ลังแบบไดเรก็ -คัปเปล จะตอ Q3 ไวร ะหวางภาคเอาตพุตกบั ภาคอนิ พตุ ภาคอินพตุ คอื วงจรขยายดิฟเฟอรเ รน็ ตเชยี ลใช PNP ทรานซสิ เตอร ที่เบสของ Q1 จะ ตอ ตัวตา นทาน R1 ลงกราวด และนาํ สญั ญาณจากเอาตพ ุตกลับมาท่เี บสของ Q2 โดยผา น R4 ดงั น้นั เอาตพ ตุ ดซี จี ะมีคา ระดบั เดยี วกับกราวด ซง่ึ R4 และ R5 จะเปน วงจรแบงแรงดนั เพอ่ื ลดลงทอน สญั ญาณเอซีท่ีปอนกลบั อัตราขยายแรงดนั ทัง้ หมดของวงจรคอื Av = ( R4 + R5 )/R5 สว น C2 จะ ลดั วงจรทส่ี ัญญาณความถี่ 227

+VCC R6 R3 Q4 R7 Q6 C1 R4 D1 R9 R11 Q1 Q2 R1 C2 D2 R10 R12 R5 D3 Q7 RL Q5 Q3 R2 R8 C2 -VCC รปู ที่ 17.11 วงจรขยายกําลงั ไดเรก็ คัปเปลใช PNP ตอวงจรขยายดฟิ เฟอรเ ร็นตเ ชยี ล ในวงจรดิฟเฟอรเรน็ ตเชี่ยล ทาํ หนา ทเ่ี ปนวงจรปรีไดรฟใหภ าคเอาตพตุ เรียกวาวงจร อินเตอรมเี ดยี ตสเตจ (intermediate stage) ถาแรงดนั ตกครอ ม R2 คือ VR2 = VBE3 + VR8 ตัว ตา นทานอิมิตเตอร R3 จะมีกระแสไหลผานมีคาประมาณ IC1 + IC2 และแรงดันตกครอ มคอื + VCC - VBE และ R1 จะถกู เลือกใหม ีคาไมม ากเกินไป โดย IBR1 << VBE และ R4 ควรจะมคี า เทา กับ R1 สวน R5 จะมคี า ประมาณ R4 / Av และ XC2 = R5 ทีจ่ ดุ ตัดของสัญญาณความถี่ สว นวงจรไดเร็กคปั เปลในรูปที่ 17.12 วงจรดิฟเฟอรเ ร็นตเ ชยี ลอินพุต Q1 และ Q2 จะใช NPN ทรานซสิ เตอรแ ทน PNP และ Q3 ถกู จดั ใหเปนวงจรปรไี ดรฟท ํางานรว มกับ Q4 ซ่ึงทําหนา ท่ี เปน วงจรจายกระแสคงทแี่ ทนใชต วั ตา นทาน Q4 จะมีอัตราขยายแรงดันเปด สงู ซเี นอรไดโอด D1 และตัวตา นทาน R3 จะทําหนา ทีด่ คี ัปปลง้ิ ของแหลงจา ยแรงดันดานลบ สว น C3 และ C5 จะทาํ หนาที่ชดเชยความถีท่ ีเ่ กิดจากการเซลฟออสซิเลชนั เนอ่ื งจากการทาํ งานของวงจร 228

R2 R9 C4 R12 +VCC C3 Q3 Q7 Q5 C1 R11 R14 R1 R6 Q1 Q2 D1 C2 D2 R15 RL D3 Q8 R3 R5 Q6 R4 R7 Q4 C5 -VCC R8 R10 R13 รปู ท่ี 17.13 วงจรขยายกาํ ลงั ไดเรก็ คปั เปล ใช NPN ตอ วงจรขยายดฟิ เฟอรเร็นตเ ชยี ล ที่เอาตพุตของวงจร Q5 และ Q7 ตอ เปนวงจรคอมพลเิ มนตารี เชนเดยี วกับ Q6 และ Q8 ซึง่ Q7 และ Q8 เปน คอมพลิเมนตารีทรานซสิ เตอรก าํ ลังสูง และ Q5 และ Q6 เปน ทรานซสิ เตอรก าํ ลัง ตา่ํ ทาํ หนาท่เี ปน ภาคขบั สัญญาณตอ วงจรแบบดารล งิ ตันคอมพลเิ มนตารี 17.7 วงจรขยายกําลงั มอสเฟต เพาเวอรมอสเฟตมขี อ ไดเปรียบกวา ทรานซสิ เตอร คือคุณลกั ษณะทรานสเฟอรจ ะมคี วาม เปน เชิงเสน มากกวาทรานซิสเตอร ทําใหมีความเพ้ียนท่เี อาตพ ตุ นอ ยกวาทรานซสิ เตอร และ เพาเวอรม อสเฟตจะไมเกิดกับเทอรม อลรันอเวย ดงั น้นั ตัวตานทานอิมติ เตอรท ่ใี ชก บั ทรานซสิ เตอร เอาตพตุ (R14 และ R15 ในรูปที่ 17.12) จงึ ไมจาํ เปนสําหรับวงจรขยายกําลังมอสเฟตสามารถตดั ทง้ิ ได จงึ ไมสนิ้ เปลืองกาํ ลังทต่ี ัวตา นทานดวย 229

เพาเวอรม อสเฟตสามารถตอ ขนานกัน เพ่อื ลดความตานทานของแชนเนล ทําใหก ระแส เอาตพ ุตมีคา เพิม่ ข้ึน (ไมเ หมอื นกันกบั การนาํ เอาทรานซิสเตอรม าตอ ขนานกัน) ในวงจรขยายคลาส AB สาํ หรับมอสเฟตที่ขั้วเกต-ซอรสจะไบแอสถึงคา แรงดันเทรสโฮล (Threshold voltage , VTH) เพื่อทําใหแ นใ จวา มอสเฟตสามารถนาํ กระแสท่ีคาระดับตํ่าได +VCC R3 R6 C3 R11 Q3 R1 R7 R10 C4 R13 C2 C1 Q1 Q2 R9 R12 Q4 RL R2 R4 R8 C5 R5 R14 -VCC รปู ที่ 17.13 วงจรขยายกําลังมอสเฟต ในการตอทรานซิสเตอรเ อาตพุตแบบดารล ิงตนั ท้ัง 4 ตัวในรปู ที่ 17.11 และรปู ท่ี 17.12 สามารถทีจ่ ะใชเพาเวอรมอสเฟต 2 ตัว ตอ เปน วงจรซอรสฟอลโลเวอร โดยใชว งจรขยายเพาเวอร มอสเฟตแสดงดงั รปู ที่ 17.13 ทรานซิสเตอรเอาตพ ุตจะถกู เปลย่ี นเปนมอสเฟต แรงดันพีกเอาตพ ุต ของวงจรขยายคอมมอนซอรสจะมคี า ประมาณเทากบั คาแหลง จายแรงดนั และภาคอินพุตจะตอ วงจรขยายแบบดฟิ เฟอรเ ร็นตเ ชียลทีม่ กี ารปอ นกลับแบบลบ และการปอ นกลบั ของสัญญาณเอซจี ะ 230

มอี ตั ราขยายแรงดนั เอซเี หมือนกบั ทรานซิสเตอร ตวั ตานทาน R12 และ R14 เปนวงจรแบงแรงดันท่ี คอลเลกเตอรข อง Q1 จดั เปน ไบแอสทเี่ กตของ Q4 ท่ีคา แรงดันเทรสโฮลสาํ หรบั มอสเฟต และใน ทํานองเดยี วกับ Q3 จะไดรับไบแอสจากคอลเลกเตอรข อง Q2 โดยผา น R11 และ R13 ตวั เก็บประจุ C4 และ C5 จะลัดวงจรเมื่อมีสัญญาณความถีท่ ี่ R11 และ R12 ดงั นั้นแรงดนั เอซีทัง้ หมดจาก วงจรขยายภาคแรกจะถกู ปอ นไปทเี่ กตของมอสเฟต เม่ือสญั ญาณไซเกลิ บวกจากคอลเลกเตอรของ Q1 ถูกปอนไปท่ีเกตของ Q4 แรงดันนีจ้ ะตก ครอมทเ่ี กต-ซอรสทําให Q4 นํากระแส และมีกระแสเดรน (ID4) ไหลผา น RL ในทิศทางสญั ญาณ ลบ ดังนั้น Q4 จะทาํ งานเหมอื นกนั กบั วงจรขยายคอมมอนซอรส ซึง่ มอี ัตราขยายแรงดนั คือ gmRL ในระหวางที่ Q4 นํากระแส Q3 จะไดร ับสัญญาณไซเกิลลบปอนทเ่ี กต ทําให Q3 หยดุ นํากระแส Q3 จะทาํ งานเหมือนกันกับวงจรคอมมอนซอรสฟอลโลเวอร ซ่งึ จะผา นแรงดนั เอซีจากขัว้ คอลเลกเตอรไ ปทีโ่ หลด อตั ราขยายแรงดนั จะมคี า เทา กับ 1 และการขยายจะไมเทากนั กับ Q4 ดงั นั้นจงึ มกี ารตอตัวเก็บประจุ C3 จะเรยี กวาตัวเกบ็ ประจุบูตสแ ทรป็ (bootstrapping) และจะ ลัดวงจรท่ีสัญญาณความถี่ จะมผี ลเหมือนกนั กบั วารอยตอ R6 และ R7 ตอกบั ขั้วซอรส ของ Q3 เมื่อ มีสัญญาณท่ีคอลเลกเตอรของ Q2 เปนไซเกิลบวก Q3 จะนํากระแส ทําใหมกี ระแสเดรน ID3 ไหล ในทิศทางบวกผาน RL และในเวลานี้ Q4 จะมีสญั ญาณไซเกลิ ลบจากคอลเลกเตอรของ Q1 ทําให Q4 ไมน ํากระแส ที่เบสของ Q1 จะมแี รงดันเบสระหวาง 0 และ − VCC ตวั ตานทาน R8 และ R10 จะทําให VB2 = VB1 ดังนัน้ VCE2 จึงมคี า มากพอท่ีจะทาํ ใหม ีการเปลย่ี นแปลงใน VR7 และแรงดันพีก เอาตพ ุตจะมกี ารถา ยทอดผาน C3 ตวั ตานทาน R5 ทป่ี รับคาได จะเปนตัวควบคุมกระแสอิมิตเตอรท ้งั หมดของ Q1 และ Q2 ถา R5 มีคา ลดลงจะทาํ ให IE1 และ IE2 มคี าเพมิ่ ขึน้ ดังนน้ั IC1 และ IC2 จะมคี า เพิ่มขึน้ ดว ย แรงดันตกครอม R3, R6 และ R7 จะมีคาเพ่มิ ข้ึน แรงดันคอลเลกเตอรของ Q1 และ Q2 จะมคี าลดลง การลดลงของ VC1 และ VC2 จะทาํ ใหแ รงดันไบแอสทเี่ กต-ซอรส ของมอสเฟตเอาตพ ตุ ลดลง และ ทาํ ใหก ระแสเดรนมคี าลดลง จะเห็นวา R5 ใชในการปรับไบแอสของ Q3 และ Q4 17.8 แผนระบายความรอน เมอ่ื เกดิ กําลงั สูญเสียขน้ึ ในทรานซสิ เตอร ทาํ ใหเ กิดความรอนไหลจากรอยตอ B-C ไปที่ ตวั ถงั ของทรานซิสเตอร และออกสูบรรยากาศรอบ ๆ ทรานซิสเตอร กําลังสูญเสียท่เี กดิ ข้ึนใน วงจรขยายทรานซิสเตอรขนาดเล็กมปี ริมาณนอย ดงั นน้ั พ้ืนผวิ ของทรานซิสเตอรจึงมีขนาดเพยี ง พอที่จะทนความรอนได แตกําลงั งานสญู เสียทเ่ี กดิ ขน้ึ ในทรานซสิ เตอรก ําลงั สูง พนื้ ผวิ หนาตดั ของ 231

ทรานซสิ เตอรมขี นาดไมเพยี งพอทีจ่ ะระบายความรอ นได ดังนั้นจงึ จาํ เปนทีจ่ ะตอ งใชแ ผนระบาย ความรอ น เพอ่ื ใหพ้นื ทีท่ สี่ ัมผสั กับตวั ถงั ของทรานซิสเตอรสามารถถา ยเทความรอ นออกจาก ทรานซสิ เตอรส บู รรยากาศรอบ ๆ ได ขนาดแผนระบายความรอ นของทรานซสิ เตอรท ีต่ องการใช สําหรับการแผกระจายความ รอ นทีเ่ กิดข้ึน เนอื่ งจากกําลังสูญเสยี จะหาไดจ ากวงจรสมมูลเทอรม อล รปู ท่ี 17.14(a) แสดง พื้นทีห่ นา ตัดของทรานซิสเตอรทีย่ ึดตดิ กับแผนระบายความรอน จะเห็นวา ความรอ นทเี่ กิดข้นึ ที่ รอยตอ B-C จะกระจายไปทตี่ วั ถัง (case) ของทรานซสิ เตอรผ านไปทแ่ี ผนระบายความรอน และ จากแผน ระบายความรอ นสูอากาศรอบ ๆ ทรานซสิ เตอร แตละตาํ แหนง ความรอนทกี่ ระจายออกมา จะมีคาเทอรม อลอมิ พีแดนซเ กดิ ข้ึน โดย θJC แทนอมิ พแี ดนซข องรอยตอกับตัวถังของทรานซสิ เตอร (junction-to-case) θCS แทนอมิ พีแดนซของตัวถงั กับแผนระบายความรอ น (case to sink) θSA แทนอิมพแี ดนซข องแผนระบายความรอ นกับอากาศรอบๆทรานซิสเตอร (sink to air) รปู ที่ 17.14(b) วงจรเทอรม อลอิมพแี ดนซท้งั สามตออนุกรม เปรียบเทียบเหมอื นกนั กบั วงจรอนุกรมของตัวตานทานในทางไฟฟา กาํ ลงั จะไหลผา นวงจรเทอรมอล ดงั นน้ั จะมอี ุณหภูมิตก ครอมท่ีเทอรมอลอมิ พีแดนซแตละตัวเหมือนกนั กบั แรงดันท่ตี กครอ มตวั ตา นทานแตละตวั ใน วงจรไฟฟา กฏของโอหม สามารถทจ่ี ะประยุกตใชก ับวงจรเทอรม อลอิมพีแดนซไ ด θJC θCS θSA แผนไมกา แผนอลูมิเนยี มระบายความรอน (a) เทอรม อลอมิ พีแดนซของทรานซสิ เตอร 232

TJ - TC Q (Power Flow) TJ - TA TC - TS θJC = Terminal Impedance ท่ี junction - case θCS = Terminal Impedance ท่ี junction - sink TS - TA θSA = Terminal Impedance ท่ี sink - air (b) วงจรสมมูลของเทอรมอลอิมพแี ดนซ รูปท่ี 17.14 เทอรมอลอมิ พีแดนซทร่ี อยตอคอลเลกเตอร-เบส ในวงจรเทอรมอลอิมพีแดนซ คาํ นวณหาคาเพาเวอรโฟว เพาเวอรโฟว = Q= TJ − TA ----(17.13); θ JC + θCS + θ SA เมอ่ื Q คอื เพาเวอรด สิ ซิเพชัน่ มีหนวยเปนวัตต TJ − TA หมายถึง อณุ หภูมทิ ่แี ตกตา ง ระหวางรอยตอ B-C ของทรานซิสเตอรแ ละอากาศมหี นวยเปนเซลเซียส และ θJC , θCS และ θSA หมายถึง เทอรมอลอมิ พแี ดนซมหี นวยเปน °C/W การผลิตแผนระบายความรอน โดยท่วั ๆ ไปกําหนดรายละเอยี ดของเทอรม อลอมิ พแี ดนซ จากตวั ถังของสารกึง่ ตวั นาํ กับอากาศของแตละแผนระบายความรอน ปริมาณคอื ผลรวมของ θJC และ θCS ซงึ่ หมายถึงจดุ เชอ่ื มตอระหวา งตัวถังทรานซิสเตอรก ับแผน ระบายความรอน จะถูก บนั ทึกจากรายละเอียดของโรงงานผลติ สมการท่ี (17.13) จะใชห าคา ของ θSA และจะเลือกแผน ระบายความรอ นมคี าเทอรมอลอมิ พแี ดนซเ ทา กบั หรอื นอยกวาทค่ี ํานวณไดจากคา θSA ตัวอยางท่ี 17.8 ทรานซสิ เตอร มคี า VCE = 25 V และ IC = 1 A มีเทอรมอลอิมพแี ดนซระหวา งรอยตอ และ ตวั ถัง 1°C/W จากดาตา ซตี ของแผนระบายความรอนในภาคผนวก 1-7 เลอื กใชแ ผน ระบายความรอ น ซงึ่ จะรักษาใหอ ณุ หภมู ขิ องรอยตอ ไมเกนิ 90°C เม่ือมอี ณุ หภูมแิ วดลอม 25°C วธิ คี าํ นวณ เพาเวอรด สิ ซิเพชั่นของทรานซิสเตอร คือ Q = VCE × IC = 25 V × 1 A 233

Q = 25 W เทอรมอลอมิ พีแดนซ case-to-air คือ θCA = θCS + θSA จากสมการที่ (17.13) θCS + θSA = TJ − TA − θ JC Q = 90° C − 25° C − 1° C / W 25W θCS + θSA = 1.6 °C/W จากน้นั นําคาทีค่ ํานวณไดไ ปเปด ดูคูมอื ของแผนระบายความรอน ไดแ ก รุน NC-421 รนุ NC-423 และ รุน NC-441 จะมี θCA นอ ยกวา 1.6 °C/W จึงควรเลือกใช NC-421 234