BÁO CÁO ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI MỘT CHIỀU SANG XOAY CHIỀU Học phần Điện tử công suất Giảng viên Đặng Văn Hải Sinh vi. Có thể thấy, điện tử công suất là một trong những cơ sở cốt lõi của ngành mà mọi sinh viên đều cần nắm chắc để có kiến thức áp dụng vào các công việc. Môn học đưa ta một cái nhìn tổng quan về nhiệm vụ xử lý và điều khiển dòng năng lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải. Từ đó, tải sẽ quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số và số pha tại ngõ ra của bộ biến đổi. Với vai trò và ý nghĩa thực tiễn nêu trên, nhóm sinh viên chúng em đã có những tìm hiểu và tham gia thực hiện đề tài “Thiết kế bộ nguồn chuyển đổi xaoy chiều sang một chiều” với các tham số:
CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHƯƠNG I : ỨNG DỤNG VÀ NGUYÊN LÝ MẠCH
Ứng dụng
Dòng điện xoay chiều đóng vai trò quan trọng trong xã hội hiện đại, là điều kiện tiên quyết để vận hành các thiết bị và máy móc phục vụ nhu cầu sinh hoạt và làm việc của con người Trong cuộc sống hàng ngày, nhiều thiết bị điện tử hoạt động với điện áp xoay chiều nhỏ Khi xảy ra sự cố về điện xoay chiều, việc chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều với công suất thấp qua các bộ chuyển đổi nguồn mang lại nhiều lợi ích tích cực, cải thiện chất lượng cuộc sống của chúng ta.
- Tác dụng quang học: đèn chiếu sáng, đèn trang trí
- Tác dụng nhiệt: máy sưởi mini, mỏ hàn mini
- Tác dụng từ: chuông điện, nam châm điện
- Tác dụng sinh lí, hoá học…
Nguyên lí hoạt động của mạch
• IC tạo xung LM555CM: Tạo xung cho dòng điện
• Mạch chuyển nguồn: chuyển dòng một chiều sang xoay chiều
• Mạch biến áp: Biến đổi điện áp của dòng ra
Nghịch lưu độc lập là thiết bị chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều với tần số có thể điều chỉnh, hoạt động hiệu quả với các phụ tải độc lập.
Nguồn điện một chiều thông thường là điện áp chỉnh lưu, acquy và các nguồn điện một chiều độc lập khác
Nghịch lưu độc lập và biến tần đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cung cấp điện từ nguồn độc lập như acquy, hệ truyền động xoay chiều, giao thông, truyền tải điện năng và luyện kim.
Người ta thường phân loại nghịch lưu theo sơ đồ, ví dụ như nghịch lưu một pha, nghịch lưu ba pha
Người ta cũng có thể phân loại chúng theo quá trình điện từ xảy ra trong nghịch lưu như: nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng
Ngoài ra còn nhiều cách phân loại nghịch lưu nhưng hai cách trên là phổ biến hơn cả
Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành
Nghịch lưu dòng là một thiết bị chuyển đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều với tần số tùy ý Đặc điểm chính của nghịch lưu dòng là nguồn cấp điện cho bộ biến đổi phải là nguồn dòng, dẫn đến việc điện cảm đầu vào Ld thường có giá trị rất lớn để đảm bảo dòng điện duy trì tính liên tục.
Sơ đồ nghịch lưu một pha được trình bày trên hình 1.1 sơ đồ cầu và hình 1.2 sơ đồ có điểm trung tính
Xét sơ đồ cầu : Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi tiristo T1, T2 thì lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đôi T3, T4 một góc 180 0
Hình 1.1 Sơ đồ nghịch lưu cầu một pha
Hình 1.2 minh họa sơ đồ nghịch lưu một pha với điểm trung tính Điện cảm đầu vào của nghịch lưu được xem là vô cực (Ld = ∞), dẫn đến dòng điện đầu vào được san phẳng như thể hiện ở hình 1.3 Nguồn cung cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng, với dạng dòng điện của nghịch lưu iN có hình dạng xung vuông.
Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T2, dòng điện i N = i d = Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu được nạp điện với dấu
Khi tụ điện C nạp đầy, dòng điện qua tụ sẽ giảm về 0 Do đó, theo công thức i N = i C + i Z = Id, dòng điện tổng i N là hằng số Điều này dẫn đến việc dòng điện qua tải ban đầu nhỏ và sau đó tăng lên theo thời gian.
Sau một nửa chu kỳ t = t1 người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4 Cặp T3, T4 mở tạo ra quá trình phóng điện của tụ C từ cực “+” về cực
Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T1 và T2 sẽ làm cho T1 và T2 bị khoá lại
Hình 1.3 Giản đồ xung của nghịch lưu cầu một pha
Quá trình chuyển mạch xảy ra gần như tức thời Sau đó tụ C sẽ được nạp điện theo chiều ngược lại với cực tính “ + ” ở bên phải và cực tính “
Ở bên trái, dòng nghịch lưu i N = i d = Id nhưng đã đổi dấu Tại thời điểm t = t2, khi xung được đưa vào để mở T1 và T2, T3 và T4 sẽ bị khóa lại, và quá trình sẽ lặp lại như trước.
Chức năng chính của tụ C là chuyển mạch cho các tiristo Tại thời điểm t1, khi T3 và T4 được mở, tiristo T1 và T2 sẽ bị khóa bởi điện áp ngược từ tụ C (hình 1.3) Thời gian duy trì điện áp ngược từ t1 đến t1’ là cần thiết để giữ quá trình khóa và phục hồi tính chất điều khiển của van, trong đó t1 - t1’ = tk toff; toff là thời gian khóa của tiristo, đồng thời cũng là thời gian phục hồi tính chất điều khiển.
Trong đó : t k = là góc khóa của nghịch lưu
11 b) Ảnh hưởng của phụ tải đối với chế độ nghịch lưu
Trong trường hợp điện cảm vô cùng lớn (Ld=∞), sơ đồ hình 1.2 có thể thay thế cho sơ đồ 1.4 Từ sơ đồ thay thế này, ta có thể viết phương trình: i d = i t + i c = Id = hằng số.
Giải hệ phương trình trên đối với U(t) ta có:
= + − (1.2) Để tìm hệ số A1 và A2 ta sử dụng các điều kiện sau:
Điện áp trên tải có tính chất thay đổi chu kỳ nên:
Giá trị trung bình của điện áp trên điện cảm Ld ở chế độ xác lập bằng không, tức là:
Giải các phương trình trên ta tìm được:
Thay các giá trị A1 và A2 vào (1.2) ta có:
Điện áp trên tải biến thiên theo quy luật hàm mũ cơ số e, như được thể hiện trong biểu thức (1.5) Khi phụ tải thay đổi, đặc biệt là khi giảm dòng tải, dòng qua tụ ít thay đổi do C = const (nguồn dòng) Kết quả là điện áp trên tải sẽ có dạng gần như tuyến tính với các góc khóa.
= t ,với tk là thời gian khóa của nghịch lưu
Nghịch lưu dòng không có khả năng làm việc ở chế độ không tải, vì R t → thì U t → và i d →
Khi giá trị Rt trở nên rất lớn, điện áp trên tải cũng sẽ tăng lên đáng kể, dẫn đến việc quá trình chuyển mạch không thể thực hiện được.
13 như không có thiết bị bán dẫn nào chịu đựng nổi độ quá điện áp lớn như vậy
Khi tăng phụ tải, Rt sẽ giảm, dẫn đến dòng nạp cho tụ giảm và dòng phóng của tụ qua tải tăng lên Điều này làm giảm năng lượng tích trữ trong tụ, khiến điện áp trên tải có dạng gần giống hình chữ nhật, nhưng góc điện áp cũng giảm đáng kể, ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch của nghịch lưu.
Thời gian tk là thời gian duy trì điện áp ngược đặt lên tiristo được xác định từ biểu thức (1.5) nếu cho Ut = 0
(1.6) Giải phương trình (1.6) ta tìm được
Biểu thức (1.8) và (1.9) chỉ ra rằng góc khóa của nghịch lưu phụ thuộc vào tần số, tải và tụ chuyển mạch Để đảm bảo điều kiện làm việc của nghịch lưu, cần có điều kiện min > t off, trong đó t off là thời gian khóa của tiristo.
Nếu nguồn là nguồn dòng thì dạng dòng điện của nghịch lưu i NL sẽ
Dòng xoay chiều 14 có hình dạng vuông góc, được phân tích qua chuỗi Fourier Kết quả cho thấy biên độ của sóng điều hòa bậc 1, hay còn gọi là sóng cơ bản, được xác định rõ ràng.
Sơ đồ thay thế của nghịch lưu nguồn dòng quy đổi về sóng điều hòa bậc 1 có dạng như ở hình 1.5a
Hình 1.5 a) Sơ đồ thay thế - b) Biểu đồ véc tơ
Từ sơ đồ thay thế ta dựng được đồ thị véc tơ của nghịch lưu dòng :
Trong sơ đồ thay thế hình 1.5b UNL chính là Ut
Ut - Điện áp trên tải hay là điện áp ra của nghịch lưu UNL
Nếu không tính đến tổn hao trong nghịch lưu và xem xét góc lệch pha giữa điện áp ra của nghịch lưu và sóng cơ bản của dòng nghịch lưu, theo định luật bảo toàn năng lượng, công suất phía xoay chiều sẽ tương đương với công suất phía một chiều, tức là Pd = P1.
E.Id = n.Ut.I(1).cos (1.12) Thay (1.10) vào (1.12) ta có:
Trong thực tế nghịch lưu dòng ba pha được sử dụng phổ biến vì công suất của nó lớn và đáp ứng được các ứng dụng trong công nghiệp
Cũng giống như nghịch lưu dòng một pha nghịch lưu dòng ba pha cũng sử dụng tiristo Để khoá được các tiristo thì phải có các tụ chuyển mạch C1, C3, C5
Vì là nghịch lưu dòng nên nguồn đầu vào phải là nguồn dòng, vì vậy giá trị cuộn cảm L d =
Hình 1.6 Sơ đồ nghịch lưu dòng ba pha
Giản đồ xung của nghịch lưu dòng ba pha (Hình 1.7) cho thấy cách thức hoạt động của các tiristo trong việc tạo ra dòng điện ba pha đối xứng Để đảm bảo các tiristo được khóa chắc chắn, luật dẫn điện của chúng cần tuân theo đồ thị này Qua phân tích đồ thị, ta nhận thấy mỗi van động lực chỉ dẫn trong một khoảng thời gian nhất định.
0 Quá trình chuyển mạch bao giờ cũng diễn ra đối với các van trong cùng một nhóm
THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC SANG AC
Nguồn một chiều 12V
1.1 Tổng quan về nguồn DC 12V
Một số loại nguồn một chiều
Dòng điện một chiều, hay còn gọi là dòng DC (Direct Current), là dòng điện di chuyển theo một hướng cố định Mặc dù cường độ của dòng điện này có thể tăng hoặc giảm, nhưng chiều của nó luôn giữ nguyên.
Điện một chiều (DC) xuất hiện trong nhiều thiết bị như pin, sạc điện thoại và bình ắc quy, với ký hiệu âm (-) và dương (+) trên thiết bị Điện áp một chiều thường được biểu thị bằng các giá trị như 12VDC, 24VDC và 48VDC Một số đặc tính nổi bật của điện DC bao gồm tính ổn định và khả năng cung cấp dòng điện liên tục.
• Cường độ dòng điện có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều
• Chiều dòng điện được quy ước đi từ dương sang âm
• Dòng DC được tạo ra từ nguồn pin, ắc quy, năng lượng mặt trời
1.2 Các công thức tính trong mạch điện DC
➢ Tính cường độ dòng điện “I”
Cường độ dòng điện, ký hiệu là I và đo bằng đơn vị Ampe (A), phản ánh lượng điện tích di chuyển qua bề mặt trong một khoảng thời gian nhất định, thể hiện mức độ mạnh yếu của dòng điện.
Cường độ dòng điện I được định nghĩa là dòng điện không đổi, với đơn vị đo là Ampe (A) Điện lượng q, đơn vị là Coulomb (C), thể hiện lượng điện tích đi qua một tiết diện của vật dẫn Thời gian t, được tính bằng giây (s), là khoảng thời gian mà điện lượng đi qua tiết diện vật dẫn.
Công thức tính cường độ dòng điện theo định luật Ôm là:
Công thức tính dòng điện, điện áp một chiều
U là hiệu điện thế của dòng điện, đơn vị là V
R là điện trở của dòng điện, đơn vị là Ω
Công thức tính cường độ dòng điện trong đoạn mạch định luật Ohm: Đối với đoạn mạch nối tiếp: I = I1 = I2 = … = In Đối với đoạn mạch song song: I = I1 + I2 + … + In
IC tạo xung (LM555CM)
IC 555, một sản phẩm nổi bật của công ty Signetics Corporation, bao gồm hai phiên bản SE555 và NE555, là một vi mạch được sử dụng để tạo thời gian trễ và xung với độ ổn định và tỷ lệ chính xác cao Bài viết này sẽ khám phá chi tiết về thông số kỹ thuật, sơ đồ nguyên lý, chức năng hoạt động và một số mạch ứng dụng của IC 555.
2.2 Cấu tạo và thông số kĩ thuật IC 555
IC NE555 bao gồm một bộ khuếch đại operational (OP-AMP) để so sánh điện áp, một mạch lật và một transistor để xả điện Mặc dù cấu tạo đơn giản, NE555 được xem là một mạch tích hợp hiệu quả với độ chính xác cao.
IC 555: Thông số, sơ đồ, nguyên lý hoạt động và một số mạch ứng dụng
Bên trong mạch có ba điện trở mắc nối tiếp, chia điện áp nguồn (Vcc) thành ba phần để tạo ra điện áp chuẩn Điện áp ⅓ Vcc được kết nối với chân dương của OP-AMP 1, trong khi điện áp ⅔ Vcc được nối với chân âm của OP-AMP 2 Khi điện áp ở chân 2 thấp hơn ⅓ Vcc, chân S của FF sẽ kích hoạt Ngược lại, nếu điện áp ở chân số 6 lớn hơn ⅔ Vcc, chân R của FF sẽ được reset.
IC 555 hoạt động hiệu quả trong dải điện áp từ 2.0 đến 18V, và khi được cấp nguồn 5V, nó cung cấp đầu ra tương thích TTL với dòng điện lên đến 200mA.
Thông số chuẩn của IC 555 sẽ được liệt kê như sau:
Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18V;
Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA;
Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW; Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V; Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V;
Trong một số tình huống, điện áp ngưỡng (Threshold) và điện áp kích (Trigger) có thể được thiết lập lần lượt là ⅔ và ⅓ so với điện áp nguồn Vcc Ở các mức điện áp này, việc điều chỉnh có thể được thực hiện thông qua chân điều khiển áp (CONT).
Sơ đồ chân của IC 555
Khi điện áp ở chân TRIG (chân số 2) của IC 555 thấp hơn mức kích, mạch Flip-Flop sẽ ở trạng thái Set (mức 1), dẫn đến đầu ra (OUT) ở mức cao (mức 1) Ngược lại, khi điện áp ở chân TRIG vượt quá mức kích và chân ngưỡng (THRES - chân 6) cũng ở trên mức ngưỡng, mạch Flip-Flop sẽ tự động reset về mức 0, khiến đầu ra output giảm xuống mức 0.
Khi chân RESET (chân 4) giảm xuống mức thấp, mạch Flip-Flop sẽ bị reset, dẫn đến đầu ra (OUT) giảm xuống mức 0 Khi đầu ra đạt mức 0, chân DISCH (chân 7) sẽ được kết nối với GND.
IC 555 thường được sử dụng để tạo ra xung, điều chế độ rộng xung (PWM) và điều chế vị trí xung (PPM) Ngoài ra, nó còn được ứng dụng trong các hệ thống thu phát hồng ngoại.
Chức năng hoạt động của từng chân:
Chân 1 (GND): Chân nối GND để giúp cung cấp dòng cho IC hay còn được gọi là mass chung
Chân số 2 (TRIGGER) là chân đầu vào có điện áp thấp hơn so với điện áp so sánh, hoạt động như một chân chốt cho tần số áp Mạch so sánh sử dụng các Transistor PNP với điện áp chuẩn là ⅔ Vcc.
Chân số 3 (OUTPUT) là chân nhận tín hiệu logic đầu ra, với trạng thái tín hiệu được phân biệt giữa mức thấp (0) và mức cao (1).
Chân số 4 (RESET) của IC 555 đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập trạng thái đầu ra Khi chân 4 được kết nối với Mass, OUTPUT sẽ ở mức 0 Ngược lại, khi chân 4 ở mức cao, trạng thái đầu ra sẽ phụ thuộc vào mức áp tại chân số 2 và chân số 6 Để tạo dao động, chân này cần được nối trực tiếp với nguồn Vcc.
Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE) của IC 555 được sử dụng để điều chỉnh mức điện áp chuẩn, cho phép thay đổi điện áp theo các mức biến áp ngoài hoặc các điện trở kết nối với chân số 1 GND.
Chân số 6 (THRESHOLD): Là một trong những chân đầu vào để so sánh điện áp và cũng được dùng như một chân chốt
Chân số 7 (DISCHAGER) hoạt động như một khóa điện tử, được điều khiển bởi tín hiệu từ chân 3 Khi chân OUTPUT ở mức 0, khóa sẽ đóng, và ngược lại Chân số 7 có chức năng tự nạp và xả điện cho mạch R-C.
Chân số 8 (Vcc): Đây chính là nguồn cấp cho IC 555 hoạt động Chân 8 có thể được cung cấp với mức điện áp dao động từ 2 – 18V
2.4 Nguyên lí hoạt động của IC 555
Phân tích nguyên lý hoạt động của IC 555 Ở trên mạch H đang ở mức 1 và gần bằng Vcc; L là mức 0 Sử dụng FF – RS
Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và =Q- = [0]
Khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q-= [1], lúc này
Khi transistor mở dẫn và cực C được nối đất, điện áp không được nạp vào tụ C, dẫn đến điện áp ở chân 6 không vượt quá ngưỡng V2 Vì lối ra của OP-AMP 2 đang ở mức 0, FF sẽ không bị reset.
Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C
Tụ C nạp điện áp từ 0V -> ⅓ Vcc:
Lúc này V+1(V+ OA1) > V-1 Do đó OA1 (ngõ ra của OA1) có mức logic 1(H)
/Q = 0 –> Transistor hồi tiếp lúc này không dẫn
(OA viết tắt: OP – AMP)
Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp ⅓ Vcc -> ⅔ Vcc:
Lúc này, V+1 < V-1 Do đó OA1 = 0
R = 0, S = 0 –> Q, /Q sẽ giữ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0)
Transistor lúc này vẫn không dẫn
Tụ C nạp qua ngưỡng ⅔ Vcc:
Lúc này, V+1 < V-1 Do đó OA1 = 0
Q = 1 –> Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V !
Khi tụ C xả qua điện trở Rb, thời hằng Rb.C ảnh hưởng đến quá trình này Điện áp trên tụ C giảm xuống khi tụ đang trong quá trình xả, dẫn đến việc điện áp tụ C giảm xuống dưới ⅔ Vcc.
Tụ C tiếp tục xả từ điện áp ⅔ Vcc – ⅓ Vcc
Lúc này, V+1 < V-1 Do đó OA1 = 0
R = 0, S = 0 –> Q, /Q sẽ giữ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1)
Tụ C xả qua ngưỡng ⅓ Vcc:
Lúc này V+1 > V-1 Do đó OA1 = 1
Q = 0 –> Transistor không dẫn -> chân 7 ở mức thấp và tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là ⅓ Vcc.
Transistor (Tip41A)
Transistor, hay còn gọi là tranzito, là một linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu hoặc làm khóa điện tử Chúng là thành phần cơ bản trong cấu trúc mạch của máy tính điện tử và các thiết bị điện tử hiện đại khác.
Transistor được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tương tự và số nhờ vào khả năng đáp ứng nhanh và chính xác, bao gồm khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu và tạo dao động Ngoài ra, transistor còn được tích hợp thành mạch tích hợp (IC), cho phép tích hợp lên tới một tỷ transistor trên một diện tích nhỏ.
3.2 Cấu tạo của một transistor
Transistor thường bao gồm ba lớp vật liệu ghép lại, tạo thành hai mối tiếp giáp P-N Khi ghép theo thứ tự PNP, ta có transistor thuận, trong khi ghép theo thứ tự NPN sẽ tạo ra transistor nghịch Cấu trúc này có thể được hình dung như hai diode được đấu ngược chiều với nhau và được gọi là Bipolar Junction.
Transistor (hay còn gọi là BJT) là một linh kiện điện tử quan trọng, trong đó dòng điện được hình thành từ cả hai loại điện tích âm và dương Thuật ngữ "Bipolar" ám chỉ đến sự tồn tại của hai cực tính này trong cấu trúc của nó.
Bài viết mô tả cấu trúc của một transistor với ba cực: cực gốc (B), cực phát (E) và cực thu (C) Cực gốc B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, trong khi hai cực E và C đều thuộc loại bán dẫn giống nhau (N hoặc P) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau, do đó không thể hoán đổi cho nhau.
Transistor NPN – Phân Cực Ngược
❖ Kí hiệu của Transistor NPN :
• Base ký hiệu là B hay còn gọi là cực nền
• Emitter ký hiệu là E hay còn gọi là cực Phát
• Collector ký hiệu là C hay còn gọi là cực Thu
Transistor NPN có 3 lớp N – P – N với cực B tương ứng với P nằm ở giữa còn E và C là hai cực nằm hai bên tương ứng với N
❖ Cách mắc Transistor NPN – Đóng / Ngắt Mạch
Transistor NPN Đóng Ngắt Mạch Để hiểu rõ hơn về mạch điều khiển chúng ta quan tâm tới các giá trị Ic, Ib, Ie
(Trong đó : Ie = Ib+ Ic) Để xem trạng thái hoạt động của transistor chúng ta làm như sau :
• Thay Ic thành một con LED
• Thay Ib bằng côn tắc ON-OFF
Khi công tắc OFF tức hở mạch đèn LED tắt ( OFF )
Khi công tắc ON tức đóng mạch thì đèn LED sáng ( ON )
Tóm lại cách hoạt động như trên thì Transistor hoạt động như một công tắc để đóng ngắt một trạng thái nào đó trong mạch điện tử
❖ Cách mắc Transistor NPN – Khuếch Đại Tín Hiệu
Transistor NPN là linh kiện quan trọng trong mạch khuếch đại tín hiệu Để sử dụng transistor hiệu quả, cần hiểu rõ cách phân cực của nó thông qua hai sơ đồ mạch khuếch đại Việc nắm vững nguyên lý hoạt động và cách phân cực sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất của transistor trong các ứng dụng khuếch đại.
Phân cực là quá trình cấp nguồn điện vào chân B của transistor thông qua một điện trở, gọi là trở phân cực Phương pháp này giúp transistor hoạt động hiệu quả và khuếch đại các tín hiệu đầu vào, ngay cả khi tín hiệu rất nhỏ.
Nếu không có điện trở R đt này thì mạch có hoạt đông hay không ?
• Trường hợp 1 : Hình thứ 1 không có điện trở Rđt
Tín hiệu đưa vào cần khuếch đại có biên độ từ 0-0.5V Khi đưa vào chân B tín hiệu này không đủ để tạo ra dòng phân cực giữa B và E
Lưu ý rằng : điện áp đi qua B và E phải lớn hơn 0.6V mới có dòng đi qua
Vì vậy, cũng không có dòng đi qua E và C
44 Điều này làm sụt áp trên Rg =0V nên điện áp ra tại chân C = Vcc
• Trường hợp 2 : Hình thứ 2 có thêm điện trở Rđt
Khi có điện trở Rđt phân cực, dòng điện giữa B và E sẽ được tạo ra Khi tín hiệu được đưa vào chân B, dòng điện giữa B và E sẽ tăng hoặc giảm, dẫn đến sự thay đổi tương ứng của dòng điện giữa C và E, từ đó ảnh hưởng đến sụt áp.
Rg Sự sụt áp trên Rg chính là tín hiệu chúng ta cần quan tâm và sử dụng để khuếch đại
Kết quả là thu được một tín hiệu tương tự đầu vào nhưng có biên độ lớn hơn
Tụ lọc
Tụ lọc nguồn là linh kiện điện tử thụ động phổ biến, thường được ứng dụng trong các mạch điện tử Chúng chủ yếu được sử dụng trong bảng mạch lọc nguồn, mạch truyền tín hiệu xoay và lọc nhiễu, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.
Tụ lọc trong thực tế
4.2 Tác dụng của tụ lọc nguồn
Tụ lọc nguồn là linh kiện thiết yếu trong thiết bị điện tử, đóng vai trò quan trọng ở từng vị trí mạch điện như lọc nhiễu, truyền dẫn tín hiệu và tạo dao động Thiếu tụ lọc nguồn, thiết bị điện tử sẽ không hoạt động đúng như mong muốn.
Ký hiệu của tụ điện
Tụ điện được cấu tạo từ ít nhất hai dây dẫn điện, thường là các tấm kim loại, được đặt song song và cách nhau bởi một lớp điện môi.
Tụ điện là một linh kiện quan trọng trong các bảng mạch điện tử, đóng vai trò cung cấp điện áp ổn định cho tải tiêu thụ sau khi đã được chỉnh lưu Nếu không có tụ điện, điện áp trên thiết bị sẽ không ổn định, dẫn đến hoạt động không hiệu quả Do đó, tụ nguồn cần thiết để đảm bảo hệ thống điện hoạt động như mong muốn.
Tụ điện nguồn mang lại nhiều chức năng khác nhau khi được lắp đặt trên các thiết bị điện tử với cấu trúc và mục đích khác nhau Một số ứng dụng phổ biến của tụ lọc nguồn trong cuộc sống hàng ngày bao gồm việc cải thiện hiệu suất và ổn định điện áp cho các thiết bị.
Tụ điện đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng quân sự đặc biệt, bao gồm việc sử dụng trong máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar và vũ khí hạt nhân.
• Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi: tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại
• Tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử
• Tụ điện có thể để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử
Điện trở
5.1 Khái niệm điện trở Điện trở là một linh kiện điện tử có công dụng dễ hiểu nhất là để giảm dòng điện chảy trong mạch (hạn chế cường độ dòng điện) Đây cũng là câu trả lời cho nhiều người không biết resistor là gì Trong tiếng Anh, resistor là điện trở Khả năng giảm dòng điện của điện trở được gọi là điện trở suất và được đo bằng đơn vị ohms (đơn vị điện trở)
5.2 Công thức tính điện trở
Điện trở có thể được so sánh với một ống nước hẹp, làm giảm lưu lượng nước chảy qua Công thức tính điện trở dựa trên định luật Ohm giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa điện áp, dòng điện và điện trở trong mạch điện.
Dòng điện I của ampe kế (A) bằng điện áp V của điện trở tính bằng vôn (V) chia cho điện trở R tính bằng ohms (Ω):
Công suất tiêu thụ của điện trở P tính bằng watt (W) bằng với I hiện tại của điện trở trong ampe (A) lần điện áp V của điện trở tính bằng vôn (V):
Công suất tiêu thụ của điện trở P (W) được tính bằng bình phương dòng điện I (A) nhân với điện trở R (Ω).
Công suất tiêu thụ của điện trở P (W) được tính bằng cách lấy giá trị bình phương của điện áp V (V) chia cho điện trở R (Ω).
Biến áp
Biến áp là thiết bị điện quan trọng, có chức năng ngăn dòng một chiều giữa hai cuộn dây và biến đổi giá trị điện áp hoặc cường độ của dòng xoay chiều từ cuộn này sang cuộn khác, đồng thời giữ nguyên tần số.
6.1 Ký hiệu và cấu tạo của máy biến áp:
Biến áp gồm hai hay nhiều cuộn dây tráng sơn cách điệu quấn chung trên một lõi thép ( mạch từ )
Lõi của biến áp có thể là sắt lá, sắt bụi hay không khí
Cuộn dây đấu vào nguồn cung cấp gọi là cuộn sơ cấp, cuộn đấu ra tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp
Biến áp hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, cho phép truyền năng lượng từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp Nhờ vào cơ chế này, biến áp có khả năng chuyển đổi điện áp một chiều đầu vào thành nhiều mức điện áp khác nhau.
Khi hai cuộn dây cùng được quấn trên một lõi thì biến áp là biến áp tự ngẫy hay biến áp không được cách ly về điện
Lõi thép dẫn từ được sản xuất từ các vật liệu có khả năng dẫn từ tốt, được cấu thành từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành một mạch vòng khép kín Các lá thép này có bề dày từ 0,3 - 0,5mm và được phủ một lớp sơn cách điện ở mặt ngoài.
Lõi thép gồm 2 phần gồm Trụ và Gông:
Trụ là phần để đặt dây quấn
Gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín
Hình ảnh trụ và gông của lõi thép
Nhiệm vụ là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra
Dây quấn của máy biến áp thường được làm từ dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện tròn hoặc chữ nhật và được bọc cách điện bên ngoài Nó bao gồm nhiều vòng dây được lồng vào trụ thép, với cách điện giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi ép Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn, với số vòng dây khác nhau tùy thuộc vào nhiệm vụ cụ thể của máy.
6.2 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp
Cấu tạo máy biến áp
Cuộn dây N1 (sơ cấp) và cuộn dây N2 (thứ cấp) được quấn trên lõi thép khép kín, tạo ra một hệ thống biến áp Khi điện áp xoay chiều U1 được áp vào cuộn dây N1, dòng điện I1 sẽ chạy trong dây dẫn và tạo ra từ thông cho cả hai cuộn dây Khi cuộn dây N2 được kết nối với tải, dòng điện I2 và điện áp U2 sẽ xuất hiện trên cuộn dây này Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ cuộn dây N1 sang cuộn dây N2.
• Ở cuộn sơ cấp ta có:
• Ở cuộn thứ cấp ta có:
➢ Các tham số kỹ thuật của máy biến áp
• Tỉ lệ về điện áp :
Để điều chỉnh điện áp ra, có thể tăng số vòng dây ở cuộn thứ cấp hoặc giảm số vòng ở cuộn sơ cấp Ngược lại, nếu muốn giảm điện áp ra, cần giảm số vòng ở cuộn thứ cấp hoặc tăng số vòng ở cuộn sơ cấp.
• Tỉ số về dòng điện:
Hệ thức trên cho ta thấy một biến áp tăng bao giờ cũng làm hạ dòng và ngược lại, biến áp hạ áp sẽ làm tăng dòng
6.3 Phân loại máy biến áp
Biến áp nguồn, hay còn gọi là biến áp cấp điện, hoạt động ở tần số từ 50Hz đến 60Hz, có chức năng chuyển đổi điện áp lưới thành điện áp và dòng điện đầu ra theo yêu cầu sử dụng.
➢ Biến áp cộng hưởng : làm tải cho các tầng khuếch đại trộn tần, lọc tần, …
➢ Biến áp âm tần: làm việc ở tần số từ 20Hz- 20kHz, dẫn đến ít được sử dụng vì tần số thấp
=> Sử dụng máy biến áp nguồn ( biến áp cấp điện ) để thiết kế mạch
Dòng điện DC được điều chế qua IC555 để tạo ra xung vuông, cung cấp tín hiệu kích cho mạch chuyển nguồn Tín hiệu này điều khiển khối công suất Q1-Q4, trong khi Q5 thực hiện chức năng đảo pha Hai tầng Q6 và Q7 cũng tham gia vào quá trình đảo pha, đảm bảo hoạt động ổn định của mạch.
Muốn cho Q1 dẫn thì Q4 cũng phải dẫn Trong trường hợp Q1 dẫn thì xung ở mức 0
=> Q5 khóa lại UVE=0 => điện áp đặt vào bazo của Q1 bằng điện áp nguồn, đẩy Q1 vào trạng thái dẫn
Muốn có dòng điện xoay chiều ở dây vào của biến áp => Q4 phải dẫn Q7 khóa lại,
Ve = nguồn (không bão hòa), Q4 dẫn => Q3, Q2 khóa lại, dòng điện chạy từ Q1 dương nguồn qua Q1 qua Q4 rồi về âm Đầu ra treo lên mức 1, điện áp nguồn cấp vào Q5
Q5,Q2 dẫn, Q1 khóa lại.Q2 dẫn =>Q3 dẫn dòng điện chảy từ dương nguồn qua Q3,Q2 rồi về âm nguồn tạo ra điện áp ra xoay chiều
MÔ PHỎNG TRÊN MULTISIM CHƯƠNG I : LỰA CHỌN THÔNG SỐ LINH KIỆN TRÊN MULTISIMNI 54 1 Chi tiết thông số linh kiện
CHƯƠNG I : Lựa chọn thông số linh kiện trên MultisimNI
1 Chi tiết thông số linh kiện
Bước 2: Chọn IC LM555 Để tần số đầu ra là 50Hz thì:
Bước 6: Chọn biến áp tỉ lệ vòng dây 10:200
➢ Nguồn một chiều (DC power)
4 Kết quả đo mô phỏng
Dòng vào biến áp Dòng ra biến áp
Dạng sóng dòng ra xoay chiều
TỔNG KẾT
1 So sánh lí thuyết và thực hành
➢ Kết quả tính toán lí thuyết và thực hành tương đồng nhau
➢ Sai số không đáng kể do linh kiện và thiết bị đo
➢ Đưa ra được điện áp xoay chiều 220V 50Hz từ điện áp vào một chiều 12V
➢ Mạch có ứng dụng trong đời sống hằng ngày
Mạch điện hiện tại gặp khó khăn trong việc thay đổi linh hoạt đầu vào và đầu ra, điều này dẫn đến sự bất tiện khi sử dụng trong các tình huống khác nhau.
➢ Củng cố kiến thức và tích luỹ những kinh nghiệm quý giá trong quá trình làm báo cáo thực hành, đặc biệt là tinh thần làm việc nhóm
➢ Phát triển lên những mạch chuyển đổi nguồn DC (3V, 9V, 12V,…) sang AC
➢ Đưa vào ứng dụng trong các mạch điện phổ thông cần sử dụng điện một chiều (mạch sạc, mạch điều khiển, mạch đèn, mạch khuếch đại,…)
➢ Làm nền tảng cho những đề tài nghiên cứu tiếp theo
