ty so bong da truc tuyen 24h

  • Sự đóng góp
  • Thời gian cập nhật 23/10/2021
  • 3 readings
  • Rating 0
  • great
  • Step on

Giới thiệu về ty so bong da truc tuyen 24h

xem bong da truc tuyen keo nha cai

Nguyên lý làm việc của mạch khuếch đại công suất kỹ thuật số và phân tích các ví dụ về tổn thất công suất

  • Sự đóng gópMary
  • Cập nhật thời gian2015-10-19
  • Đọc774 lần
  • ghi bàn4
  • tuyệt vời29
  • Bước lên0

Han Yueping, Li Ruihong, Bi Manqing, Wang Liming

(Trung tâm Thí nghiệm Trình diễn Quốc gia về Kỹ thuật Điện và Điện tử, Đại học Bắc Trung Quốc, Thái Nguyên, Sơn Tây 030051)

Tóm tắt: Các khóa học "mạch điện tử" hiện nay ở các trường cao đẳng và đại học trong nước vẫn dựa trên mạch khuếch đại công suất tương tự, dù là từ biên soạn sách giáo khoa hay giảng dạy trên lớp, mạch khuếch đại công suất vẫn chủ yếu là mạch khuếch đại công suất tương tự. Các bộ khuếch đại công suất kỹ thuật số hiếm khi được mô tả. Trong thực tế, các sản phẩm điện tử, đặc biệt là máy tính xách tay, điện thoại di động, v.v. Các sản phẩm điện tử xách tay đã sử dụng một số lượng lớn các chip cổng chuyển mạch kỹ thuật số tích hợp công suất thấp, gây ra sự mất kết nối thực tế giữa việc học trong lớp của sinh viên đại học và sự phát triển của công nghệ điện tử. . Kết hợp với sự phát triển của mạch cổng chuyển mạch tích hợp kỹ thuật số (CMOS), nguyên lý làm việc của mạch khuếch đại công suất lớp D. Trong điều kiện lý tưởng, hiệu suất lý thuyết của mạch khuếch đại công suất lớp D có thể đạt 100%, cao hơn nhiều hơn công suất tương tự lớp AB.78% của mạch khuếch đại. Suy ra rằng tổn hao công suất của biến tần CMOS của mạch khuếch đại công suất lớp D tỷ lệ với tần số xung nhịp làm việc của chip, giá trị điện dung gộp cổng và bình phương của điện áp nguồn cung cấp theo yêu cầu của chip và dòng điện mức tích hợp chủ đạo đạt 80 triệu. Tổng điện năng tiêu thụ được phân tích cho chip CPU của máy tính xách tay IBM với hai mạch cổng (108 cổng trên 2 inch2). Thực tiễn cho thấy việc đưa mạch khuếch đại công suất kỹ thuật số vào giảng dạy trên lớp của sinh viên đại học có thể sát với thực tế, nâng cao hiểu biết tri giác, nâng cao chất lượng giảng dạy trên lớp.

Mạng Tạp chí Giáo dục http://www.jyqkw.com
Từ khóa: bộ khuếch đại công suất kỹ thuật số; nguyên lý làm việc; tổn thất công suất; phân tích trường hợp

Thư viện Trung Quốc Số phân loại: TN722? 34 Mã nhận dạng tài liệu: A Số bài viết: 1004? 373X (2015) 20? 0107? 03

Ngày nhận: 2015? 05? 25

Dự án Quỹ: Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc (61171178); Quỹ Khoa học Tự nhiên tỉnh Sơn Tây (2012011010? 3); Được hỗ trợ bởi Chương trình Hỗ trợ các Nhà lãnh đạo Học thuật trẻ xuất sắc của các trường Cao đẳng và Đại học ở tỉnh Sơn Tây

Phân tích hiện tượng cho nguyên lý làm việc và tổn thất công suất của mạch khuếch đại kỹ thuật số

HAN Yueping, LI Ruihong, BI Manqing, WANG Liming

(Trung tâm Thí nghiệm Trình diễn Điện và Điện tử Nhà nước, Đại học Bắc Trung Quốc, Taiyuan 030051, Trung Quốc)

Tóm tắt: Trong khi mạch khuếch đại công suất của khóa học "mạch điện tử" trong các khía cạnh biên soạn sách giáo khoa hoặc giảng dạy trên lớp vẫn lấy mạch tương tự làm nội dung chính trong các trường đại học, và mạch khuếch đại công suất kỹ thuật số được viết rất ít, chuyển mạch kỹ thuật số Mạch cổng với mức tiêu thụ điện năng thấp và khả năng tích hợp cao được áp dụng đại trà trong các sản phẩm điện tử (đặc biệt là trong máy tính xách tay và điện thoại di động) trong thực tế, ngăn cách việc học trên lớp của sinh viên với sự phát triển của công nghệ điện tử. Kết hợp với sự phát triển của mạch CMOS, nguyên lý hoạt động của Phân tích chi tiết về mạch khuếch đại công suất loại D. Hiệu suất lý thuyết của mạch khuếch đại công suất loại D có thể đạt 100% trong điều kiện lý tưởng và cao hơn mạch khuếch đại công suất tương tự loại AB là 78,5%. Tổn thất công suất của biến tần CMOS của Mạch khuếch đại công suất lớp D tỷ lệ với tần số xung nhịp làm việc, điện dung gộp lưới và bình phương o f điện áp cung cấp năng lượng, được suy luận trong bài báo này. Tổng mức tiêu thụ điện năng được phân tích bằng cách lấy chip CPU chính của máy tính xách tay IBM làm ví dụ thực tế, con chip này được tích hợp với 80 triệu mạch cổng. Kết quả thực tế cho thấy rằng kỹ thuật số mạch khuếch đại công suất được đưa vào giảng dạy trên lớp của sinh viên đại học có thể gần với thực tế cuộc sống, nâng cao kiến ​​thức cảm thụ và cải thiện chất lượng giảng dạy trên lớp.

Từ khóa: bộ khuếch đại công suất kỹ thuật số; nguyên lý làm việc; tổn thất công suất; phân tích ví dụ

0 Lời nói đầu

Sau khi bước vào thế kỷ 21, các thiết bị điện tử cầm tay khác nhau đã trở thành một xu hướng phát triển quan trọng của các sản phẩm điện tử, chẳng hạn như điện thoại di động làm công cụ liên lạc, máy nghe nhạc MP3 là thiết bị giải trí, máy tính xách tay cần thiết cho công việc và Máy TV di động, DVD, và các thiết bị điện trên tàu đã nâng cao chất lượng cuộc sống của con người lên rất nhiều. Một đặc điểm phát triển quan trọng của các sản phẩm điện tử xách tay là sử dụng chip cổng chuyển mạch kỹ thuật số tích hợp cao năng lượng thấp. Lấy chip tích hợp CPU của IBM làm ví dụ, mức độ tích hợp hiện tại đã đạt 80 triệu mạch cổng (108 cổng trên 2 inch2) .). Một điểm chung của tất cả các sản phẩm điện tử di động này là chúng đều cần đầu ra âm thanh công suất lớn và chúng đều cần nguồn pin.Hiện tại, hầu hết các sản phẩm điện tử xách tay nói trên đều sử dụng mạch khuếch đại công suất loại D mới, đặc điểm lớn nhất của nó là có thể thu được hiệu suất cao trong khi vẫn duy trì độ méo tiếng thấp nhất.[1?3]. Đồng thời, những khuyết điểm như tốc độ tính toán của CPU vẫn còn chậm và thời gian chờ ngắn của điện thoại di động màn hình lớn chạy bằng pin lithium cũng rất rõ ràng. Do đó, một trong những yếu tố chính hạn chế sự phát triển của các sản phẩm điện tử xách tay là tổn thất công suất đầu ra và công nghệ pin được sử dụng, và nó liên quan trực tiếp đến tần số chính của chip (tần số xung nhịp), thời gian chờ (tùy thuộc vào mức mất điện tĩnh) và thời gian sử dụng (Tùy thuộc vào tổn thất công suất động) một số chỉ số có liên quan với nhau.

Theo quan điểm của "công nghệ điện tử" trong nước hiện nay giảng dạy trên lớp đại học vẫn giới thiệu các mạch khuếch đại công suất tương tự Class A, Class B và Class AB ở các dải tần số thấp.[4?10], Sự ra đời của dải tần cao chủ yếu là lớp C. Trên thực tế, nó đã thua xa sự phát triển thực tế của công nghệ điện tử. Tài liệu về mạch khuếch đại công suất lớp D có thể tìm kiếm chủ yếu thảo luận về mạch thực tế được sử dụng trong các sản phẩm cụ thể.[11?13], Cả giáo viên và sinh viên trong các trường cao đẳng và nhân viên kỹ thuật và kỹ thuật, thiếu các kênh học tập trực tiếp về các nguyên tắc cơ bản của bộ khuếch đại công suất lớp D. Bài viết này lấy một mạch cổng chuyển mạch kỹ thuật số đơn làm ví dụ để phân tích chi tiết nguyên lý làm việc và tổng tổn thất công suất của mạch khuếch đại công suất lớp D, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo lý thuyết cơ bản nhất định cho giáo viên và sinh viên đại học để nắm bắt đầy đủ sự phát triển kỹ thuật của tích hợp các chip mạch cổng.

1 mạch cổng NMOS đơn

1.1 Thành phần mạch cổng

(1) Thành phần mạch

Trước những năm 1980, do các yếu tố như hạn chế của quy trình ống MOS kênh P, mạch cổng chuyển mạch bên trong chip tích hợp vẫn được cấu tạo từ một ống NMOS duy nhất. Đặc điểm chuyển mạch của transistor NMOS tương tự như transistor nhưng vượt trội hơn nhiều so với transistor. Mạch cơ bản của biến tần được thể hiện trong Hình 1. C tương đương với điện dung cổng gộp của các cổng tải tương tự được điều khiển bởi các cổng NMOS.

1.2 Nguyên lý làm việc

Tín hiệu đầu vào ui của mạch cổng NMOS làm việc ở trạng thái chuyển mạch là tín hiệu đồng hồ sóng vuông có chu kỳ T, thời gian T1 ở mức thấp, thời gian T2 ở mức cao, T1 = T2 = T 2. Dạng sóng tín hiệu đầu vào được thể hiện trong Hình 2.

(1) Tín hiệu đầu vào ở mức thấp trong khoảng thời gian T1,, Ống NMOS bị tắt, tương đương với một công tắc tắt, và bộ nguồn VDD sạc tụ C thông qua RD.

(2) Trong khoảng thời gian T2 mức cao của tín hiệu đầu vào,, Ống NMOS được bật, điện trở tương đương là RON, rất nhỏ, và tụ C được phóng điện qua điện trở RON.

1.3 Phân tích công suất tiêu thụ và hiệu quả của mạch cổng một ống

1.3.1 Năng lượng do nguồn cung cấp trong thời gian T1 mức thấp

Lúc này ống NMOS đang tắt, giả sử lúc đầu điện thế trên tụ là 0 V thì thời điểm bật nguồn, cường độ dòng điện nạp qua điện trở RD có giá trị cực đại là (); sau (3 ~ 5) τ1 thời gian sạc (trong đó τ1 = RDC, nói chung), điện thế của tụ điện đạt giá trị lớn nhất VDD và dòng điện giảm xuống 0 tại thời điểm này; trong thời gian sạc, giá trị hiện tại là:

Điện áp trên tụ điện gộp C và sự thay đổi điện áp và dòng điện trên điện trở RD được thể hiện trong Hình 3 (b) và Hình 3 (c).

Hình 3 Trong quá trình làm việc ở mức đầu vào thấp, trong thời gian T1, điện trở tiêu thụ năng lượng và tụ điện tích trữ năng lượng. Trong số đó, tổng năng lượng do bộ nguồn cung cấp là:

1.3.2 Năng lượng được cung cấp bởi bộ nguồn trong T2 mức cao lúc này là bóng bán dẫn NMOS được bật và năng lượng trên tụ điện chuyển qua thời gian phóng điện là (3 ~ 5) τ2 () Việc xả nhanh chóng được hoàn thành. Đồng thời, năng lượng do bộ nguồn cung cấp trong thời gian t2 là:

1.3.3 Tổng công suất do nguồn cung cấp

Trong khoảng thời gian ui đồng hồ T, tổng công suất do bộ nguồn cung cấp có thể được tính như sau:

Trong đó: Công thức (7) biểu thị công suất tĩnh (công suất dự phòng) do nguồn điện cung cấp trong một chu kỳ đồng hồ; Công thức (8) biểu thị công suất động (công suất sử dụng) của mạch. Hai thành phần tương ứng xác định thời gian chờ và thời gian sử dụng mà mọi người nói trong việc sử dụng điện thoại di động và các thiết bị di động khác hàng ngày.

1.3.4 Phân tích hiệu quả

Từ phương trình (7) có thể thấy rằng tổn hao công suất tĩnh của nguồn điện tỷ lệ thuận với bình phương điện áp nguồn cung cấp và tỷ lệ nghịch với RD. Suất điện động sử dụng tỉ lệ với giá trị điện dung của tụ điện, bình phương điện áp nguồn và tần số đồng hồ. Có thể thấy rằng RD càng lớn thì tổn hao công suất tĩnh càng nhỏ, xung nhịp càng cao, công suất thực sử dụng càng lớn và hiệu suất của mạch càng cao.Ví dụ: mức tích hợp CPU IBM hiện tại có thể đạt tới 108 mạch cổng, giả sử rằng tần số chính (tần số đồng hồ) của nó là 1 GHz = 109 Hz và điện dung gộp, Nguồn điện VDD = 5 V, RD = 10 kΩ. Nó có thể được tính như sau:.

Có thể thấy, công suất sử dụng động vẫn nằm trong mức chấp nhận được, nhưng công suất tĩnh đã đạt đến một giá trị đáng kinh ngạc. Ngay cả khi nguồn điện của mạch cổng giảm từ 5 V xuống 1 V thì nó vẫn có công suất 25 kw. Để giảm tổn thất công suất tĩnh về cơ bản, RD cần phải được tăng lên rất nhiều, nhưng việc tăng RD trong mạch thực tế cũng có những hạn chế nhất định, điều này đòi hỏi phải tìm ra một thành phần hiệu quả có thể thay thế vai trò của RD. Vào những năm 1980, với sự trưởng thành của các công nghệ liên quan khác nhau, các mạch cổng biến tần CMOS ra đời theo yêu cầu.

2 mạch cổng biến tần CMOS

Mạch cơ bản của biến tần CMOS được thể hiện như trong Hình 4.

VTP là một ống PMOS và VTN là một ống NMOS. Các cổng của chúng được đoản mạch như là đầu vào đầu vào, các cống của chúng bị ngắn mạch làm đầu ra và nguồn của VTP được kết nối với nguồn điện.Nguồn được nối đất.

3 Phân tích điện năng tiêu thụ mạch cổng biến tần CMOS

Tín hiệu đầu vào ui của mạch cổng CMOS vẫn có chu kỳ như hình 2 là

Tín hiệu sóng vuông của T, C tương đương với điện dung cổng gộp của mạch cổng tải CMOS được điều khiển.

(1) Trong T1 mức thấp.Khi đầu vào ở mức thấp, tức là, ui = 0 V, bởi vì|, VTP đang bật, điện trở tương đương là RONP và giá trị của nó rất nhỏ, gần như bằng không. Nguồn điện sạc nhanh tụ điện và tổng công suất do nguồn điện cung cấp là:

Trong đó f là tần số của tín hiệu đầu vào.

(2),Cắt điệnKhông làm việc. Tụ điện nhanh chóng phóng điện qua VTN, và năng lượng tích trữ trong tụ điện C trong thời gian T1 được giải phóng.

(3) Phân tích tổng công suất và hiệu suất do bộ nguồn cung cấp. Từ phân tích trên, trong điều kiện lý tưởng, điện trở trên của thiết bị nguồn VTP bằng 0 khi thiết bị nguồn được bật, không có sụt áp, thiết bị không tiêu thụ điện và biên độ điện áp đầu ra gần như bằng nhau như giá trị của điện áp nguồn VDD; điện trở VTP là vô hạn khi tắt, Không có dòng điện chạy qua, thiết bị không tiêu thụ điện năng và điện áp đầu ra gần như bằng không. Bất kể trạng thái của biến tần CMOS, một trong các VTN và VTP luôn bị cắt, do đó mức tiêu thụ điện tĩnh của nó là rất thấp và về mặt lý thuyết, tổn thất công suất tĩnh bằng không. Tổng công suất do bộ nguồn cung cấp trong cả khoảng thời gian T là CV 2DD f Về mặt lý thuyết, bộ khuếch đại công suất chuyển mạch có thể chuyển đổi công suất của bộ nguồn thành tải mà không bị tổn hao, và tất cả đều có thể chuyển thành công suất sử dụng. của tải. Vì vậy hiệu suất của mạch khuếch đại công suất loại này theo lý thuyết có thể đạt 100%.

4. Kết luận

Bài viết này lấy một cổng kỹ thuật số duy nhất bên trong chip mạch cổng kỹ thuật số tích hợp làm ví dụ và nêu chi tiết nguyên lý hoạt động và hiệu suất của mạch khuếch đại công suất lớp D. Về mặt lý thuyết, hiệu suất của mạch khuếch đại công suất lớp D có thể đạt 100%, cao hơn nhiều so với tương tự AB 78,5% của mạch khuếch đại công suất. Tuy nhiên, trong thực tế sử dụng, các linh kiện bán dẫn có dòng điện rò rỉ nên các thiết bị đóng cắt VTP và VTN thực tế luôn tiêu thụ một phần công suất. Ngoài ra, có thể kết luận rằng:

(1) Để giảm tổn thất điện năng của thiết bị điện tử và tăng thời gian sử dụng pin, giá trị điện áp yêu cầu của chip là rất quan trọng, và tổn thất điện năng được giảm bằng hệ số bình phương là điện áp nguồn. VDD giảm.

(2) Để cải thiện thời gian đáp ứng nhanh của thiết bị điện tử, chẳng hạn như tần số CPU của máy tính xách tay, công suất hao phí của nguồn điện (pin) tăng tuyến tính với sự tăng của tần số đồng hồ f.

Mạng Tạp chí Giáo dục http://www.jyqkw.com
người giới thiệu

[1] Yang Tao, Wang Wubin, Lu Zhengyu. Nghiên cứu về công nghệ điều khiển song song xen kẽ của bộ khuếch đại công suất chuyển mạch[J]Công nghệ Điện tử Công suất, 2009, 43 (4): 24-25.

[2] Chen Xinguo, Cheng Gengguo. Phân tích công suất đầu ra và hiệu quả của bộ khuếch đại công suất lớp D.[J]Công nghệ âm thanh, 2005, 24 (4): 264-267.

[3] Huang Wei, Ma Chengyan, Ye Tianchun. Thiết kế Bộ khuếch đại công suất âm thanh 10 WD Class hiệu suất cao[J].Journal of Huazhong University of Science and Technology: Natural Science Edition, 2010, 38 (4): 26-30.

[4] Bi Manqing, Wang Liming, Gao Wenhua, v.v. Các nguyên tắc cơ bản về công nghệ điện tử tương tự[M]Bắc Kinh: Nhà xuất bản Công nghiệp Điện tử, 2008.

[5] Tong Shibai, Hua Chengying. Các nguyên tắc cơ bản về công nghệ điện tử tương tự[M]Ấn bản. 3. Bắc Kinh: Nhà xuất bản Giáo dục Đại học, 2001.

[6] Kang Huaguang. Mô phỏng cơ bản của công nghệ điện tử[M]Ấn bản. 3. Bắc Kinh: Nhà xuất bản Giáo dục Đại học, 1999.

[7] BOYLESTAD Robert L. Công nghệ điện tử tương tự[M]Li Lihua, dịch. Bắc Kinh: Nhà xuất bản Công nghiệp Điện tử, 2008.

[8] Yang Suxing. Một khóa học ngắn gọn về kiến ​​thức cơ bản của công nghệ điện tử tương tự[M]Bắc Kinh: Nhà xuất bản Giáo dục Đại học, 2009.

[9] Zhu Dinghua. Công nghệ điện tử tương tự[M]Bắc Kinh: Nhà xuất bản Đại học Thanh Hoa, 2008.

[10] Zhou Shuge. Các nguyên tắc cơ bản của công nghệ điện tử tương tự[M]Bắc Kinh: Nhà xuất bản Giáo dục Đại học, 2004.

[11] Li Hong, Zhao Yadong. Thiết kế tối ưu của bộ khuếch đại công suất âm thanh kỹ thuật số[J]Kỹ thuật thiết kế điện tử, 2011 (14): 101-106.

[12] Xu Yucun, Liu Tuopeng. Thiết kế mô-đun bộ khuếch đại công suất RF băng thông rộng Class-D[J].Radar và Biện pháp đối phó, 2013 (3): 53? 56.

[13] Cai Xiaoyan, Xue Chunling, Wang Zhaoping. Thiết kế và hiện thực hóa mạch khuếch đại giọng nói[J]Công nghệ điện tử hiện đại, 2014, 37 (5): 64-66.

Đôi nét về tác giả: Han Yueping (1974—), nam, đến từ Sơn Tây, phó giáo sư, tiến sĩ. Chủ yếu tham gia giảng dạy và nghiên cứu về công nghệ điện tử, phát hiện và xử lý thông tin.

Trước: Nghiên cứu về phương pháp lập lịch dòng dữ liệu quy mô lớn trong Điện toán đám mây đa phương tiện
Kế tiếp: Điều khiển nguồn ánh sáng biến dòng tất cả sợi quang

Chúc các bạn đọc tin ty so bong da truc tuyen 24h vui vẻ!