Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 79 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
lOMoARcPSD|16911414 CHƯƠNG MẠCH XUNG 4.1 Tín hiệu xung tham số Tín hiệu xung tín hiệu rời rạc theo thời gian thường gọi theo hình dạng xung vng, xung tam giác, xung nhọn …vv, hình 4-1 Các tham số tín hiệu xung biên độ, độ rộng xung, độ rộng sườn trước, sườn sau, độ sụt đỉnh, hình 4-2 - - Biên độ xung xác định giá trị lớn tín hiệu xung , ký hiệu Û tx U Độ rộng sườn trước sườn sau xác định khoảng thời gian tăng, giảm biên độ xung khoảng 0,1Û đến 0,9Û Độ rộng xung tx khoảng thời gian tồn tín hiệu xung t T t tqt tqn T IT - U U Độ sụt đỉnh xung U thể mức giảm biên độ đoạn đỉnh xung PT Với dãy xung tuần hồn có tham số đặc trưng sau: - Chu kỳ lặp lại T, tần số xung f - Hệ số lấp đầy T t tx T Hình 4-1 Các dạng tín hiệu xung tx T 4.2 Chế độ khóa transistor Trong mạch xung transistor làm việc chế độ khố, khố điện tử có hai trạng thái đặc biệt: transistor tắt transistor thông bão hoà điện áp đặt lên đầu vào định, mạch hình 4-3 U ^ U U - Khi Uv transistor tắt Dòng IB = 0, IC = nên Ur = E t ttr tx ts - Khi Uv > transistor thơng có dịng IB, IC Hình 4-2 Các tham số tín hiệu Nếu thoả mãn điều kiện IB IBbh tức Uv/RB E/.RC transistor chuyển sang trạng thái bão hoà Lúc Ur = E – ICbh.RC = UCEbh = (thực tế UCEbh khoảng 0,4V) 67 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 - Khi tín hiệu vào chuyển đổi từ điều kiện UV ≤ sang điều kiện UV > 0, đủ lớn transistor chuyển đổi trạng thái tắt sang trạng thái bão hòa, điều kiện ngược lại transistor lại chuyển đổi từ trạng thái bão hòa sang trạng thái tắt 4.3 Chế độ khóa KĐTT +E Khi làm việc mạch xung, KĐTT hoạt động khoá điện tử, điểm làm việc ln nằm vùng bão hồ đặc tuyến truyền đạt Ur = f(Ud) Khi điện áp nằm hai mức bão hoà dương +Urmax bão hoà âm –Urmax RC IB T Uv RB Ur Hình 4-3 Mạch khóa dùng transistor PT IT Chế độ khóa lợi dụng hệ số khuếch đại K0 lớn KĐTT Đặc tuyến truyền đạt KĐTT gồm hai miền bão hòa miền tuyến tính Vì K0 lớn nên đặc tuyến miền tuyến tính gần thẳng đứng, lý tưởng đặc tuyến trùng với trục Ur IC Hình 4-4 Đặc tuyến truyền đạt KĐTT Ta có Ur = K0(UP – UN), K0 = (lý tưởng) nên UP > UN Ur bão hịa dương UP < UN Ur bão hịa âm Khi làm việc với tín hiệu xung biến đổi nhanh cần ý đến tính qn tính (trễ) IC thuật tốn Với IC thuật toán tiêu chuẩn thời gian tăng điện áp khoảng V/ s Trong điều kiện tốt nên sử dụng IC chuyên dùng có tốc độ chuyển biến nhanh loại A710, A110, LM310 -339; loại đạt mức tăng V/ ns 68 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 4.4 Trigơ Trigơ mạch có hai trạng thái ổn định Khi có nguồn mạch trạng thái ổn định Có xung vào mạch chuyển đổi trạng thái lần Như hai xung vào mạch cho xung Mạch trigơ dùng transistor hay IC thuật tốn Ta xét mạch trigơ Smít dùng IC thuật toán tác dụng đầu vào điện áp sin 4.4.1 Trigơ đảo Trigơ đảo hình 4-5 Từ dạng sóng ta thấy UV có giá trị âm lớn, mạch trạng thái bão hoà dương Ur = +Urmax , lối vào thuận có: U P() U r max R2 R1 R2 UV tăng dần, trạng thái không đổi UV > UP(+) điện áp vào hai đầu IC đổi dấu nên đầu đột biến sang trạng thái bão hoà âm, Ur = -Urmax qua mạch phân áp đưa cửa thuận điện áp: U r max R2 R1 R2 IT U P() Ur Uv Ur P UP(+) PT R1 UP(-) R2 Hình 4-5 Trigơ đảo Tr Hình 4-6 Dạng tín hiệu vào Điện áp vào tăng lên giảm xuống, UV < UP(-), điện áp đầu vào IC đổi dấu làm đầu IC lật trạng thái sang bão hoà dương Ur = +Urmax Và vậy, tác dụng điện áp sin vào cửa đảo, đầu ta nhận dãy xung vng có: Tr = TV (4-1) Để mạch có hai trạng thái ổn định cần thoả mãn điều kiện: R2 K R1 R2 (4-2) K0 hệ số khuếch đại không tải BKĐTT 69 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 4.4.2 Trigơ thuận Trigơ thuận hình 4-7 Mạch có cửa đảo nối đất nên trạng thái đầu phụ thuộc vào điện áp cửa thuận (UP) Nếu UP > đầu bão hòa dương, ngược lại đầu bão hòa âm UP < Ur R2 R1 Uv Ur Hình 4-7 Trigơ thuận Hình 4-8 Dạng tín hiệu vào IT Tại cửa thuận KĐTT ta có: UV U P U r U P U R U r R1 UP V R1 R2 R1 R2 UP < UV U ng U ng R1 U r R2 (4-3) R1 U r R2 (4-4) PT UP > UV R1 U rmax R2 Khi Uv có giá trị âm lớn, mạch trạng thái bão hoà âm Ur = -Urmax, lúc R U rmax , Uv tăng dần, trạng thái không đổi Uv > Ung, từ (4-3) ta R2 thấy UP > nên đầu lật trạng thái sang bão hoà dương Ur = +Urmax, lúc R U ng - U r max R2 Điện áp vào tăng lên giảm xuống, UV < Ung, từ (4-4) ta thấy UP < nên đầu lật trạng thái sang bão hoà âm Ur = -Urmax Và vậy, tác dụng điện áp sin vào cửa thuận, đầu ta nhận dãy xung vng có chu kỳ với chu kỳ xung vào 4.5 Mạch đa hài đợi Mạch đa hài đợi có hai trạng thái, có trạng thái ổn định trạng thái khơng ổn định Khi có nguồn mạch trạng thái ổn định Có xung kích thích mạch chuyển sang trạng thái không ổn định thời gian tự trở trạng thái ổn định ban đầu chờ xung 70 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 kích thích tiếp Như xung vào mạch chuyển đổi trạng thái hai lần cho xung vng Mạch dùng transistor hay IC thuật toán Mạch đa hài đợi dùng IC thuật tốn hình 4-9a dạng điện áp cực hình 4-9b Ban đầu mạch trạng thái ổn định, đầu bão hồ âm (muốn trạng thái ban đầu bão hịa dương đổi chiều điơt), Ur = -Urmax Qua mạch phân áp đưa cửa thuận điện áp U r max R1 điốt D phân cực thuận, thông nên UC = Tại thời điểm t = t1 có U P() R1 R2 xung nhọn cực tính dương tới đầu vào Nếu biên độ đủ lớn vượt giá trị UP(-), mạch lật trạng thái sang bão hoà dương Ur = +Urmax Qua mạch hồi tiếp dương đưa cửa thuận U U P ( ) r max R1 , điốt D tắt Sau t1 điện áp +Urmax nạp điện cho tụ C làm cho UC tăng lên R1 R2 Tới thời điểm t2, UC > UP(+) đầu vào IC có điện áp đổi dấu, đầu IC lật sang trạng thái bão hoà âm, Ur = -Urmax IT Qua phân áp lại đưa điện áp UP(-), tụ C phóng điện qua R hướng tới –Urmax, thời điểm t = t3, UC = 0, điốt D thông trở lại mạch trở trạng thái đợi ban đầu Với mạch có nguồn ni đối xứng ta xác định độ rộng xung (khoảng thời gian mạch trạng thái không ổn định) là: tx = R.C ln(1 R1 ) R2 (4-5) PT Thời gian phục hồi tph thời gian mạch trở trạng thái ổn định ban đầu, xác định theo biểu thức: tph = R.C ln(1 R1 ) R1 R Uv R C D (4-6) t1 N Ur UC Tvào UP(+) UC = UN t +Urmax P Cv t1 R2 Uv t2 t UP(-) R1 - Urmax tX Ur +Urmax a Hình 4-9 a Mạch đa hài đợi b Dạng điện áp t1 t2 -Urmax t b 71 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 Để mạch làm việc bình thường, chu kỳ xung vào cần thoả mãn điều kiện: Tv > tx + tph (4-7) Chu kỳ xung chu kỳ xung vào: Tr = Tv (4-8) 4.6 Mạch đa hài tự dao động 4.6.1 Mạch đa hài tự dao động dùng transistor Mạch điện hình 4-10 điện áp cực theo thời gian hình 4-11 Mạch gồm hai transistor mắc cực phát chung, đầu T1 ghép tới đầu vào tầng T2 qua tụ C1, đầu tầng T2 ghép trở lại qua tụ C2 Như tầng gây di pha góc 180 0, hai tầng di pha 3600, bảo đảm hồi tiếp dương mạch làm việc Khi có nguồn hai tụ C1, C2 thay nạp điện phóng điện, hai transistor thay thơng (bão hồ), tắt tạo cho mạch có hai trạng thái cân không ổn định: T tắt, T2 thơng (bão hồ) T1 thơng (bão hồ), T2 tắt tự chuyển đổi trạng thái cho nhau, đầu nhận dãy xung vuông PT IT Coi mạch chế độ xác lập, xung có biên độ ổn định Xét thời điểm mạch trạng thái T1 tắt, T2 thơng (bão hồ) Lúc tụ C2 (trước nạp điện) phóng điện từ +C2 qua T2, nguồn E, qua điện trở R đến -C2 đặt điện áp âm lên cực gốc T1 làm cho UB1 < giữ T1 tắt khoảng thời gian R1 Hình 4-10 Mạch đa hài tự dao động dùng transistor C1 T1 Ur1 UB1 +E R2 R3 C2 R4 T2 Ur2 UB2 Đồng thời với q trình đó, tụ C1 nạp điện từ +E qua R1 đến +C1, -C1 qua rBET2 , nhanh chóng đến điện áp E (do mạch có R1 T thơng, xuất dịng IB1, IC1 tăng lên làm cho Ur1 giảm, qua tụ C1 dẫn đến UB2 giảm, dòng T2 giảm Ur2 tăng Qua C2 lượng tăng đưa vào cực gốc T1 làm cho UB1 tiếp tục tăng, dòng đèn T1 tiếp tục tăng Hồi tiếp dương xẩy nhanh chóng (xem tức thời) làm cho T1 thơng (bão hồ), T2 tắt 72 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 Tiếp theo tụ C1 lại phóng điện qua T1, nguồn E điện trở R2 giữ cho T2 tắt khoảng thời gian Tụ C2 nạp điện từ nguồn E qua R4 điện trở rBET1 , nhanh chóng đến điện áp E (do R4 T2 thông trở lại, T1 tắt mạch chuyển sang trạng thái ban đầu Q trình lặp lặp lại cho xung vng đầu Điều kiện làm việc mạch: Để xung vuông, tụ C nạp điện nhanh tụ phóng phải có: R1,4 UP(+) đầu đột biến -Urmax, mạch chuyển sang trạng thái bão hoà âm R C N Ur P R2 R1 Hình 4-12 Mạch dao động đa hài dùng KĐTT Qua mạch phân áp R1 R2 đưa cửa thuận điện áp: U P ( ) U r max R1 R1 R2 74 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 PT IT Tụ C nạp phóng điện (do điện áp đổi cực tính) qua điện trở R làm cho UC giảm xuống không, nạp tiếp phía –Urmax Khi UC < UP(-) đầu đột biến từ -Urmax +Urmax, mạch chuyển sang trạng thái bão hoà dương Cứ mạch tự làm việc chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác cho dãy xung vng đầu Hình 4-13 Dạng tín hiệu cửa KĐTT Khi nguồn ni đối xứng độ rộng xung tx xác định: 2R ) R2 (4-15) tx = R.C.ln3 1,1R.C (4-16) T = 2tx 2,2 R.C (4-17) 2, RC (4-18) t X RC.ln(1 Nếu chọn R1 = R2 thì: Chu kỳ dao động: Tần số dao động: f dd Khi cần dạng xung khơng đối xứng ta dùng mạch hình 4-14 75 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 Bằng cách thay đổi giá trị tương quan R' R'' thay đổi tx1 tx2 Khi R' + R'' khơng đổi chu kỳ T = tx1 + tx2 giữ nguyên R’ D1 D2 U Ur UC(t) +Urmax R’’ N C t Ur P R2 -Urmax tX1 R1 tX2 b a 4.7 Mạch hạn chế biên độ IT Hình 4-14 a) Mạch đa hài khơng đối xứng b) Đồ thị thời gian dạng xung PT Mạch hạn chế biên độ gọi mạch xén biên, tín hiệu Ur ln tỷ lệ với tín hiệu vào UV UV chưa giá trị, mức ngưỡng cho trước, UV vượt mức ngưỡng tín hiệu Ur ln giữ giá trị khơng đổi Các linh kiện tích cực sử dụng mạch hạn chế thường điốt, tranzito hay IC Mạch hạn chế sử dụng nhiều kỹ thuật truyền hình Sau ta nghiên cứu mạch hạn chế dùng điốt lý tưởng Tuỳ theo cách mắc điốt nối tiếp hay song song với tải, người ta phân biệt thành mạch hạn chế nối tiếp hay hạn chế song song Cũng phân loại theo chức hạn chế mức trên, hạn chế mức (một phía) hạn chế hai mức (hai phía) 4.7.1 Mạch hạn chế Mạch hạn chế song song hình 4-15a Ở mạch UV E điốt tắt nên Ur = UV Ngược lại UV > E điốt thông Ur = E (lúc UV sụt áp tất R) Đây mạch hạn chế mức Mạch hạn chế nối tiếp hình 4-15b, UV < E điốt thông, nối tắt lối với lối vào nên Ur = UV Ngược lại UV > E điốt tắt nên Ur = E Trên hình 4-15c dạng tín hiệu tín hiệu vào hình sin hình 4-15d đặc tuyến truyền đạt mạch hạn chế 76 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 ^ U DC 0, 636 U ^ U rms 0,308 U Độ gợn sóng mạch là: ^ U 0,608 U r rms 100% 100% 48% ^ U DC U 0, 636 7.3.1 Bộ lọc dùng tụ điện Mạch lọc thông dụng dùng tụ điện hình 7-11 Tụ ngắn mạch thành phần xoay chiều làm độ gợn sóng tải nhỏ cịn nhấp nhơ UC D1 U U2 U2 D2 + U1 Rt IT C Hình 7-12 Dạng điện áp có tụ lọc nguồn PT Hình 7-11 Mạch chỉnh lưu có tụ lọc nguồn Đường nét đứt hình 7-12 điện áp sau chỉnh lưu chưa có tụ lọc nguồn, cịn đường nét liền có tụ lọc nguồn Khi điện áp tăng tụ nạp, điện áp giảm tụ phóng qua Rt Nếu ^ Rt UC ln U Điện áp gợn sóng sau lọc tính theo cơng thức: U rms I DC f C (7-5) Điện áp UDC sau lọc tính theo cơng thức: ^ U DC U Trong đó: ^ I DC f Rt C U2( ) f C f Rt C (7-6) ^ U - Biên độ điện áp sau chỉnh lưu IDC – Dòng tải, đơn vị mA C – Điện dung lọc, đơn vị F f – Tần số mạng điện, đơn vị kHz 7.3.2 Bộ lọc RC, LC Để giảm nhỏ độ gợn sóng, đầu lọc tụ điện ta mắc thêm khâu lọc RC hình 7-13 131 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 D1 U2 D2 + U2 R + U1 C1 C2 Rt Hình 7-13 Mạch chỉnh lưu có khâu lọc RC ' Điện áp chiều trước sau điện trở R U DC U DC tính sau: ' U DC Rt U DC R Rt (7-7) IT Với mạch lọc RC, gợn sóng sau R nhỏ, nhiên mạch dùng dòng tải nhỏ, dòng tải lớn công suất tổn hao R lớn, để tránh điều người ta thay điện trở R cuộn cảm (hình 7-14) Điện trở cuộn cảm nhỏ nên tổn hao cơng suất nhỏ, cịn điện áp xoay chiều bị chặn lại khơng cho tải D1 L U2 D2 PT + U2 + U1 C1 C2 Rt Hình 7-14 Mạch chỉnh lưu có khâu lọc LC 7.4 Mạch ổn áp Mạch ổn áp có nhiệm vụ ổn định điện áp điện lưới (U1) thay đổi tải (Rt) thay đổi 7.4.1 Ổn áp dùng điốt Zener Sơ đồ mạch ổn áp dùng điốt Zener hình 7-15 Điốt zener phân cực ngược làm việc vùng đánh thủng đặc điểm dòng ngược qua điốt thay đổi lớn điện áp ngược hai đầu điốt thay đổi Nếu điốt có đặc tuyến ngược dốc hay đặc tuyến gần song song với trục tung độ ổn định điện áp tốt R Uv Z Rt Hình 7-15 Sơ đồ mạch ổn áp dùng điốt Zener 132 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 IZ UZ UZMax UZMin UZ IZmin IZTB Vùng ổn áp IZMax Hình 7-16 Đặc tuyến V-A điốt Zener Từ mạch điện ta có: U Rt U Z U V R.( I Z I Rt ) IT (7-8) Từ công thức ta thấy UV tăng giảm dịng qua điốt tăng hay giảm theo nên sụt áp R tăng giảm làm cho điện áp ổn định Để ổn định điện áp cân hai phía (tăng giảm) ta phải chọn R cho điểm làm việc nằm đặc tuyến vùng đánh thủng điốt PT 7.4.2 Ổn áp dùng transistor Có hai loại ổn áp dùng transistor ổn áp nối tiếp ổn áp song song Ổn áp nối tiếp transistor mắc nối tiếp với tải, ổn áp song song transistor mắc song song với tải 7.4.2.1 Ổn áp nối tiếp Sơ đồ khối mạch ổn áp nối tiếp hình 7-17 Chức khối sau: - Mạch lấy mẫu: Lấy mẫu điện áp - Nguồn chuẩn: Là điện áp có giá trị chuẩn - Mạch so sánh: So sánh điện áp lấy mẫu điện áp chuẩn - Khâu khuếch đại: Khuếch đại điện áp sai lệch nguồn chuẩn điện áp mẫu UV PTHC Khuếch đại Hình 7-17 Sơ đồ khối mạch ổn áp nối tiếp Nguồn chuẩn Ur Tải Lấy mẫu So sánh 133 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 - PTHC: Là transistor công suất làm việc chế độ khuếch đại Khi điện áp vào hay tải thay đổi, điện áp mẫu thay đổi điện áp sai lệch mạch so sánh đưa thay đổi làm cho transistor thơng nhiều hay thơng nên điện áp ổn định a Ổn áp khơng có khâu khuếch đại Mạch ổn áp khơng có khâu khuếch đại hình 7-18, cho điện áp ra: Ur = UZ - UBE (7-9) Giả sử Ur tăng tức UE tăng nên UBE giảm (do điện áp UB giữ cố định Z) làm cho transistor thông yếu làm cho UR giảm, Ur trì ổn định Ngược lại Ur giảm tức UE giảm nên UBE tăng (do điện áp UB giữ cố định Z) làm cho transistor thông mạnh làm cho Ur tăng, Ur trì ổn định T R Uv Ur Rt Z Hình 7-18 Ổn áp khơng có khuếch đại IT b Ổn áp có khâu khuếch đại Ổn áp có khâu khuếch đại hình 7-19 T1 PT R R1 T2 Uv Z Ur R2 Hình 7-19 Ổn áp có khuếch đại Nguyên lý ổn áp sau: Giả sử Ur tăng lên UB2 tăng lên, UBE2 = UB2 - UZ tăng lên T2 thông mạnh làm cho UCE2 giảm tức UB1 giảm làm cho T1 giảm thơng, UR giảm xuống nên trì ổn định Ur Nếu Ur giảm giải thích ngược lại Vì dịng IB2 nhỏ nên từ mạch điện ta có: Ur R2 U BE U Z R1 R2 R R2 Ur (U BE U Z ) R2 (7-10) 134 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 c Mạch ổn áp với khâu khuếch đại dùng KĐTT Hình 7-20 mạch ổn áp dùng KĐTT Ta tính điện áp theo cơng thức : Ur ( R3 R2 ).U Z R3 (7-11) T R1 R2 Uv Ur Z R3 Hình 7-20 Mạch ổn áp dùng KĐTT d Mạch ổn áp có hạn chế dòng IT Giả sử Ur tăng làm cho điện áp cửa đảo KĐTT tăng theo nên điện áp giảm xuống, trì ổn định điện áp Nếu Ur giảm ta giải thích ngược lại Để bảo vệ mạch ổn áp bị tải ngắn mạch ta dùng sơ đồ hình 7-21 PT Khi dịng tải tăng q giới hạn sụt áp R4 tăng lên, làm cho T thơng, làm giảm dịng IB1 giảm dịng qua T1 tránh dòng tải T1 R4 R1 T2 R2 Ur Uv Z R3 Hình 7-21 Mạch ổn áp có hạn dịng 7.4.2.2 Ổn áp song song Hình 7-22 sơ đồ khối mạch ổn áp song song Các khối chức giống với sơ đồ khối mạch ổn áp nối tiếp Mạch ổn áp song song khác với mạch ổn áp nối tiếp chỗ phần tử hiệu chỉnh mắc song song với tải, có tác dụng tăng giảm dịng điện áp vào tăng giảm làm cho sụt áp R tăng giảm theo nên Ur ổn định 135 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 UV R Ur Lấy mẫu Rt PTHC Nguồn chuẩn Khuếch đại So sánh Hình 7-22 Sơ đồ khối mạch ổn áp song a Ổn áp khơng có khâu khuếch đại Điện áp mạch hình 7-23 tính theo cơng thức : U r U Z U BE (7-12) IT Giả sử Ur tăng lên làm cho UBE = Ur - UZ tăng lên, T thơng mạnh hơn, dịng qua T tăng làm cho sụt áp R tăng, kéo Ur giảm xuống, nên UR trì ổn định Nếu Ur giảm ta giải thích ngược lại R Z Uv T Ur PT Rt Hình 7-23 Ổn áp song song khơng có khuếch đại b Ổn áp có khâu khuếch đại Điện áp mạch điện hình 7-24 tính theo cơng thức : U r U Z U BE1 U BE (7-13) Giả sử Ur tăng lên làm cho UB2 tăng lên, T2 thơng mạnh hơn, dịng qua T2 tăngtức dòng IB1 tăng, làm cho dòng qua T1 tăng, sụt áp T tăng, kéo UR giảm xuống, nên Ur trì ổn định Nếu Ur giảm ta giải thích ngược lại R1 T2 T1 Z Uv Rt Ur R2 Hình 7-24 Ổn áp song song có khuếch đại 136 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 c Ổn áp với khâu khuếch đại dùng KĐTT Hình 7-25 ổn áp song song dùng KĐTT Điện áp UZ ổn định so sánh với điện áp hồi tiếp từ phân áp R3 R4 để điều khiển transistor Giả sử Ur tăng làm cho điện áp cửa thuận KĐTT tăng theo nên điện áp KĐTT tăng lên, tranzito thơng mạnh làm cho sụt áp R2 tăng Ur giảm xuống, trì ổn định điện áp Nếu Ur giảm ta giải thích ngược lại R2 R1 R3 Ur Uv Z R4 IT Hình 7-25 Mạch ổn áp dùng KĐTT 7.4.3 Ổn áp dùng IC PT Các mạch ổn áp nối tiếp hay song song tích hợp thành IC ổn áp, cấu tạo bên IC khác tác dụng chúng Điện áp ổn định thay đổi cách nối thêm linh kiện bên 7.4.3.1 IC ổn áp cố định Họ IC 78xx cung cấp điện áp từ +5V đến +24V ký hiệu xx để điện áp VD: 7805 cho điện áp 5V; 7812 cho điện áp 12V Họ IC 78xx cung cấp dòng cho tải tối đa 1A 78xx có chân chân vào, chân chân nối đất (hình 7-26) + Uv + 78xx C1 C2 Ur Hình 7-26 Họ IC ổn áp 78xx Họ IC 79xx tương tự họ 78xx khác cung cấp điện áp cố định từ -5V đến -24V 137 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 Để tăng điện áp dòng điện họ IC người ta nối mạch theo hình 7-27 hình 7-28 T 78xx R Uv R 78xx Ur Uv Dz Ur Hình 7-28 Tăng dịng cho họ 78xx Hình 7-27 Tăng điện áp cho họ 78xx Với mạch điện hình 7-27 ta có: Ur = UZ + UR78xx (7-14) IT Mạch hình 7-28, điện áp điện áp 78xx dịng tăng lên có Transistor T 7.4.3.2 IC ổn áp điều chỉnh điện áp U r 1, 25.(1 R Uv PT Một số loại IC ổn áp điều chỉnh điện áp theo yêu cầu IC LM317, điều chỉnh điện áp từ 1,2V đến 37V tùy theo linh kiện đấu bên ngồi (hình 7-29) Khi điều chỉnh chiết áp VR điện áp thay đổi theo công thức: LM317 Iadj Ur VR Hình 7-29 Ổn áp dùng LM317 VR ) I adj (VR) R (7-15) 7.5 Nguồn ổn áp chuyển mạch 7.5.1 Khái niệm nguồn chuyển mạch Để có khái niệm nguồn ổn áp chuyển mạch ta lấy ví dụ mạch điện hình 7-30 Nguồn điện áp chiều UV thông qua chuyển mạch S đặt vào sơ cấp biến áp Tr Khi S đóng, có dịng qua W1 S mở khơng có dòng qua W1 Hai cuộn sơ cấp thứ cấp cuấn chiều nên cuộn thứ cấp W2 xuất chuỗi xung chiều với chuỗi xung cuộn sơ cấp, nên S đóng D1 dẫn, có dịng iD1 qua cuộn chặn L tải, cuộn L tích lượng Khi S mở dịng iD1 đột ngột, lượng L đổi dấu làm D2 dẫn, có dịng iD2 qua tải, dịng qua tải có liên tục S mở 138 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 + S Tr L D1 + iD1 U1 W1 UV W2 U2 C D2 Ur iD2 _ _ Điều khiển đóng mở S Hình 7-30 Mô tả khải niệm nguồn chuyển mạch U1 UV IT U2 t PT UR T t Hình 7-31 Dãy xung điện áp W1, W2 điện áp mạch hình 6-10 Trong : U1 biên độ xung cuộn W1; U1 = Uv U2 biên độ xung cuộn W2 (giả sử Tr biến áp hạ áp) Ur điện áp chiều tải T chu kỳ đóng mở S thời gian đóng S n tỉ số biến áp n W1 coi lọc LC lý tưởng W2 Ta có: U r UV n T (7-16) 139 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 Đặt gọi độ xốp xung (Hệ số lấp đầy) T Từ (7-16) ta thấy điện áp phụ thuộc Uv độ rộng xung Từ ta thấy: muốn Ur không đổi Uv thay đổi ta làm thay đổi độ xốp xung Có cách khống chế - Thay đổi giữ nguyên T - Thay đổi T giữ nguyên - Thay đổi kết hợp T Cách thay đổi giữ nguyên T gọi " Điều chế độ rộng xung ĐRX" (Pulse - Width Modulation PWM) Phương pháp điều chế độ rộng xung sử dụng phổ biến nguồn kiểu chuyển mạch Tất nguồn biến đổi từ chiều vào chiều phương pháp chuyển mạch có điều khiển điện áp gọi nguồn chuyển mạch (1) Bộ lọc nhiễu tần số cao IT 7.5.2 Sơ đồ khối nguồn chuyển mạch (2) Bộ chỉnh lưu lọc sơ cấp (Nếu UV chiều khơng có phần này) (3) Phần chuyển mạch PT (4) Phần chỉnh lưu lọc thứ cấp (5) Phần hồi tiếp (lấy mẫu) (6) Phần khuyếch đại sai lệch (7) Tạo áp chuẩn (8) Tạo dao động sóng tam giác (9) Điều chế độ rộng xung (10) Bộ khuyếch đại kích thích đảo pha Đầu vào (9) cịn tín hiệu khống chế khác (P) để ngắt nguồn Tần số công tác (tần số chuyển mạch) nguồn xung thường khoảng 15kHz đến 50kHz để giảm nhỏ kích thước biến áp nâng cao hiệu suất Phần chuyển mạch sử dụng transistor lưỡng cực transistor trường công suất lớn, có tốc độ chuyển mạch cao, làm việc trạng thái: bão hồ ngắt nên có tổn hao tranzito chuyển mạch nhỏ, nên toả nhiệt cho chúng đơn giản Với đặc điểm làm cho nguồn chuyển mạch có ưu điểm hẳn nguồn ổn áp thông thường như: - Hiệu suất cao từ 80% 90%, nguồn ổn áp thơng thường có 65% 140 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 - Dải ổn định rộng - Độ bền, tuổi thọ cao - Kích thước trọng lượng nhỏ - Giá thành rẻ UR UV~ IT Khối điều khiển PT Hình 7-32 Sơ đồ khối nguồn chuyển mạch 7.5.3 Các khối nguồn chuyển mạch 7.5.3.1 Khối lọc nhiễu đầu vào Lch C1 C2 Để lọc bỏ nhiễu cao tần nguồn xung nên có nhiều thành phần tần số cao tần gây nhiễu cho thiết bị điện tử khác vùng, nên lọc chặn lại tín hiệu nhiễu khơng Hình 7-33 Mạch lọc nhiễu tần số đưa đường dây dẫn gây nhiễu Đồng thời cao đầu vào chặn xung nhiễu cao tần từ ngồi khơng cho vào nguồn khỏi ảnh hưởng đến làm việc hệ thống chuyển mạch Biến áp cao tần, có vịng dây cách bố trí hình 7-33 chặn lại nhiễu cao tần đối xứng từ đầu vào đầu Còn dòng cung cấp ngược chiều tần số 50/60Hz biến áp lọc có trở kháng coi Các tụ lọc C1, C2 tụ cao tần (khoảng vài chục nF) để lọc nhiễu cao tần đầu vào, đầu không đối xứng, tần số điện mạng 50/60Hz ZC1,2 7.5.3.2 Phần chỉnh lưu lọc sơ cấp 141 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 + C _ AC Hình 7-34 Bộ chỉnh lưu lọc sơ cấp nguồn chuyển mạch 7.5.3.3 Phần chuyển mạch chỉnh lưu, lọc thứ cấp Phần thường gọi biến đổi chiều vào chiều (DC to DC Converter) đầu vào chiều đầu chiều Nếu nguồn cơng suất nhỏ Uv thấp chuyển mạch dùng transistor hình 7-35 Tr + D3 UV L + IT D1 D2 C1 Ur PT T1 Hình 7-35 Phần chuyển mạch nắn lọc thứ cấp nguồn xung cơng suất nhỏ Mạch hình 7-35 biến áp Tr có cuộn sơ cấp thứ cấp cuấn chiều, nên mạch gọi đồng pha dẫn Khi xung mức cao kích mở T1 bên sơ cấp có dịng cuộn sơ cấp có xung dương cuộn thứ cấp có xung dương D1 dẫn D2 khép kín dịng qua tải T1 D1 ngắt Khi cần nâng công suất nguồn mà với điện áp vào thấp phần tử chuyển mạch dùng mạch đẩy kéo mắc song song hình 7-36 Tr D3 + L + UV _ T1 Rt D1 _ D2 D4 T2 Hình 7-36 Chuyển mạch kiểu đẩy kéo song song 142 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 T1 T2 kích thích xung ngược pha phần nắn, lọc thứ cấp nắn tồn sóng với biến áp thứ cấp điểm Với nguồn điện áp vào cao cơng suất trung bình chuyển mạch theo kiểu đẩy kéo nối tiếp 7.5.3.4 Khối điều khiển Khối điều khiển gồm khối (5,6,7,8,9,10) hình 7-32 Khối điều khiển làm nhiệm vụ sau: Tạo xung vuông có tần số cố định độ rộng biến đổi ngược với điện áp tải để điều khiển transistor chuyển mạch Đủ cơng suất kích thích cho chuyển mạch Ngồi khối cịn làm nhiệm vụ: Bảo vệ dòng, áp tải bảo vệ mạch khử điện áp vào thấp, cao - Nguyên lý điều chế độ rộng xung: Để thực việc điều chế độ rộng xung, mạch phải có cấu trúc hình 7-37 (1) Mạch hồi tiếp (phân áp) (2) Bộ khuyếch đại sai lệch PT (3) Bộ tạo áp chuẩn IT Điện áp DC tải qua phân áp lấy điện áp hồi tiếp Uht đưa đầu đảo khuyếch đại thuật toán làm khuyếch đại sai lệch (4) Bộ tạo sóng tam giác (5) Bộ so sánh (bộ điều chế độ rộng xung) + Rt Ur _ U1 U2 R2 (1) U1 (5) U1 P + _ UP _ (2) + R1 Uht Uch (4) (3) Hình 7-37 Mạch điều chế độ rộng xung 143 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 Uht phản ánh đầy đủ thay đổi Ur , đầu không đảo khuyếch đại sai lệch đưa vào điện áp chuẩn Uch Nguồn Uch cố định không phụ thuộc Ur Điện áp đầu khuyếch đại SL là: U1 (1 R2 R )U ch U ht R1 R1 (7-17) Điện áp U1 biến đổi tuyến tính theo Uht (tức theo điện áp ra) với chiều ngược, U1 điện áp chiều Bộ so sánh (5) điều chế độ rộng xung, tín hiệu điều chế (U1) đưa vào đầu (+) Tín hiệu sóng mang (UP) sóng tam giác đưa vào đầu (-) điều chế Bộ điều chế so sánh biên độ sóng mang Up tín hiệu điều chế U1 Dạng sóng điều chế U2 sóng vng có tần số tần số sóng mang (sóng tam giác) độ rộng xung biến đổi theo tín hiệu điều chế U1 Hình 7-38 mơ tả ngun lý điều chế ĐRX UP (1+R2/R1)Uch Uht = UP U1 2 IT U2 UP (1+R1/R2)Uch=Uht U1 = PT T t Hình 7-38 Nguyên lý điều chế ĐRX Nếu U1 biến đổi từ đến Up = (1 + R2 R )Uch ứng với Uht = (1 + )Uch đến Uht = 0, R1 R2 biến thiên khoảng từ đến T, chuỗi xung U2 đưa đến kích mở transistor chuyển mạch, chuyển mạch đóng ngắt theo U2 Tỉ số U1 M gọi hệ số điều chế UP M biến đổi khoảng < M < Có nguồn chuyển mạch công suất nhỏ duới 100w mà chuyển mạch tầng đơn, có transistor chuyển mạch cấu trúc vi mạch điều chế độ rộng xung 144 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) lOMoARcPSD|16911414 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Minh Hà: Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật, 2002 [2] Đỗ Xuân Thụ: Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục, 1997 [3] Lê Phi Yến: Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, 1996 [4] William D.Stanley: Bộ khuếch đại xử lý IC tuyến tính, NXB Khoa học kỹ thuật, 1994 [5] Phạm Minh Việt, Trần Công Nhượng: Kỹ thuật mạch điện tử phi tuyến, NXB Giáo dục, 2000 IT [6] Đặng Văn Chuyết: Kỹ thuật mạch điện tử NXB Giáo dục, 2008 [7] Donald L Schilling, Charles Belove, Tuvia Apelewicz, Raymond J Saccardi: ELECTRONIC CIRCUITS PT DISCRETE AND INTEGRATED Printed in Singapore 145 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com) ... thời gian T tắt, tụ C2 phóng điện qua R nên tx1 tính: tx1 = R C2ln2 0,7 R C2 (4-10) Tương tự tx2 thời gian T2 tắt, tụ C1 phóng điện qua R2 nên tx2 tính: tx2 = R2.C1ln2 0,7R2.C1 (4-11) Chu kỳ... (do R4 T2 thông trở... nhiễu.v.v D1 R D1 Uv D2 Ur D2 R1 Uv Ur + E1 E2 + R2 + E1 + E2 a b U E2 Ur UV E2 Ur t -E1 0 E2 Uv -E1 - E1 c Hình 4-17 Mạch hạn chế hai phía d 78 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy (Ntkphuong205@gmail.com)