xây dựng sơ đồ khối cho mạch điều khiển xe rải nhựa

2.Nguyên lý điều khiển: Muốn xe chạy tiến hay chạy lùi thì động cơ hai bên bánh xích của xephải đợc điều khiển để đạt đợc tốc độ giống nhau có nghĩa là lợng dầu cungcấp cho bơm thuỷ lực

Mục lục Trang

Chơng I: Giới thiệu chung về máy rải bêtông nhựa ASPHALT 5

I Tổng quan về máy rải bêtông nhựa 5

3.Quá trình làm việc của máy gồm các bớc 6

II.Một số thông số cơ bản của máy rải 7

1.Lực kéo cần thiết cho quá trình làm việc 7

3.Công suất cần thiết của động cơ máy rải 9

4.Lực kéo của máy rải xuất phát từ lực bám 10

5.Năng suất của máy rải hoạt động liên tục 10

III.Máy rải bêtông nhựa SUPER-1800 SF 10

1.Máy rải bêtông nhựa SUPER – 1800 SF của Đức 10

1.Theo yêu cầu của đề tài em cần thiết kế sơ đồ 13

điều khiển cho xe rải bêtông ASPHALT

SUPER1800- SF với các nhiệm vụ chính sau

Chơng II Giới thiệu chung về băm áp một chiều 15

1.Nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp 15

2 Mạch điều khiển băm áp một chiều 17

3 Mạch điều khiển băm áp một chiều 18

1 Tạo điện áp tam giác bằng dao động đa hài 21

2 Tạo điện áp tam giác bằng tích phân sóng vuông 22

3 Tạo điện áp tam giác bằng dao động tích thoát 24

4 Mạch tạo điện áp tam giác dùng IC566 26

C Khâukhuếch đại 34

1 Mạch khuếch đại cho van động lực là tranzitor 34

2 Bộ băm áp một chiều với van động lực là Tranzito 36

Chơng IV Giới thiệu về KĐTT (Op-amp) 38

4 Một số mạch khác và ứng dụng 42

Chơng V Xây dựng sơ đồ khối cho mạch điều khiển xe rải nhựa 53

I.Phơng trình hàm điều khiển cho Uđk 53

1.Khối mạch tạo trung tính giả(hình 25) 56

2 Khối tạo sóng tam giác.(Hình 26) 57

Chơng VI Tính toán lựa chọn các thiết bị 62

3 Tính chọn tầng so sánh 664.Tính chọn khối tạo sóng tam giác 67

Chơng VII Mạch điều khiển rung và đầm rung 71

2.Sơ đồ khối tạo tần, so sánh và khuếch đại 72

Lời Nói đầu

Trong những năm gần đây nhằm đáp ứng nhu cầu về quy mô, chất ợng và tiến độ thi công xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng cầu đ-ờng và thuỷ lợi, sân bay bến cảng … n ớc ta đã và đang áp dụng nhiều công nnghệ mới sử dụng thiết bị thi công tiên tiến của nhiều nớc trên thế giới

l-Một trong số những thiết bị mới đợc sử dụng đắc lực cho xây dựng cầu

đờng là xe rải bêtông nhựa ASPHALT Xe rải nhựa có rất nhiều loại và đợcnhập từ nhiều nớc Gía thành của mỗi chiếc xe này rất cao,vì vậy để tránhhỏng hóc đòi hỏi đội ngũ công nhân vận hành cần lắm vững về quy trình

điều khiển xe Để giảm bớt chi phí sửa chữa và giá thành của xe chúng ta cần

Từ nhu cầu thực tế về xe rải nhựa, em đã nhận đợc đồ án với yêu cầuthiết kế mạch điều khiển lái xe rải nhựa dùng linh kiện điện tử rời Chắc chắnrằng đồ án của em còn có thiếu sót nên em rất mong đợc sự chỉ bảo của cácthầy để em có thể thực hiện tốt trong thực tế

Em xin chân thành cảm ơn

Chơng I giới thiệu chung Về máy rải bêtông

nhựa asphalt

1.máy rải bê tông nhựa: Dùng để rải đều bêtông nhựa khi làm đờng mới

hay sửa chữa lớp mặt đờng Theo kết cấu của máy rải bê tông nhựa chiathành hai loại bánh lốp và bánh xích Một vài loại máy rải bêtông nhựa ngoàicơ cấu di chuyển bằng bánh xích còn có cơ cấu di chuyển phụ bằng bánhlốp Tuỳ theo mục đích sử dụng còn chia thành hai loại máy rải loại nặng vàloại nhẹ Máy rải bêtông nhựa loại nặng với nặng suất từ 100 t/h đến 200 t/hthờng dùng khi khối lợng công việc lớn và đòi hỏi chất lợng rải cao, còn loạinhẹ có năng suất từ 25 đến 50 t/h sử dụng khi khối lợng bêtông nhựa rảikhông lớn và chất lợng không đòi hỏi cao

Ngoài công việc rải thảm, máy còn có thể sử dụng để rải các hỗn hợpkhác có pha chất kết dính

Yêu cầu của máy rải thảm là các hỗn hợp cần đợc rải thành những lớp

có chiều dày quy định, tạo bề mặt đờng nhựa cao cấp có độ bằng phẳng,nhẵn và tuổi thọ cao, chịu đợc những biến dạng ngang và biến dạng dọc của

2.Phân loại máy rải bêtông nhựa: Có nhiều cách phân loại:

-Dựa vào kết cấu di chuyển: Có loại bánh xích và bánh lốp

-Theo nguyên tắc truyền động: Có loại truyền động cơ khí, có loạitruyền động thuỷ lực

-Theo năng suất và chiều rộng vệt rải có thể chia thành các loại:

+, Máy rải thảm có chiều rộng hẹp: Dùng rải vỉa hè, hoặc đờng hẹp;năng suất 25 T/h, bề rộng đờng b = 2 3 m

+, Máy rải thảm trung bình: Năng suất 100  150 T/h; b = 3,75

4,5m

+, Máy rải thảm rộng: Năng suất 200  250 T/h; b = 5  7,5 m

+, Máy rải thảm rất rộng: Năng suất 300  400 T/h; b = 8  12 m

3.Quá trình làm việc của máy gồm các bớc:

1 Nhận bêtông nhựa vào thùng chứa

2 Hỗn hợp chuyển tới vít tải cấp liệu nhờ bộ phận cào hoặcbằng vít tải chuyển liệu

3 Vít cấp liệu rải đều hỗn hợp theo chiều rộng dải đờng

4 Dàn đều và lèn chặt bằng tấm đầm lèn chặt

5 Hoàn thiện bề mặt bằng tấm là nhẵn

Khi xe tự đổ trút bê tông nhựa vào thùng chứa thì máy rải vẫn làmviệc bình thờng Các bánh xe sau của xe tựa vào hai con lăn và máy rải đẩy

xe tải tự đổ về phía trớc Khi ấy việc truyền động tới các bánh sau của xe tải

đợc dẫn động và làm việc độc lập

Tấm lèn chặt có nhiệm vụ đầm lèn chặt hỗn hợp, còn tấm là nhẵndùng để là phẳng lớp hỗn hợp Tấm lèn chặt có nhiệm vụ: Gạt lớp bêtôngnhựa thừa khi máy di chuyển về phía trớc, và lèn chặt lớp này khi chuyển

động tịnh tiến theo phơng thẳng đứng Tấm lèn chặt hoạt động nhờ hai trụclệch tâm đợc dẫn từ động cơ của máy rải

Tấm là phẳng điều chỉnh mặt cắt ngang và chiều dày lớp thảm nhựa,

là phẳng lớp bề mặt, ngăn ngừa hỗn hợp bị lồi, bị trợt Tất cả cơ cấu làm việctreo trên hai càng máy tạo ra áp lực khoảng 0,02 Mpa đè lên lớp nhựa Nhờ

có các tấm lèn chặt và là phẳng mà lớp bêtông nhựa đợc đầm chặt tơng đơngvới một xe lu 5t đầm 3 - 5 lợt Đó là một trong những u điểm cơ bản của máyrải bêtông nhựa

Để tránh bêtông nhựa bị dính vào tấm là phẳng, nó cần đợc đốt nóngnhờ bộ phận chuyên dùng

II Một số thông số cơ bản của máy rải.

1 Lực kéo cần thiết cho quá trình làm việc của máy.

a, Lực cản di chuyển máy, kể cả đến độ nghiêng của mặt đờng:

W1 = (Gm + Gb) (f1 + i) (kg)

Trong đó: Gm trọng lợng của máy rải (kg)

Gb trọng lợng của hỗn hợp bêtông nhựa (lấy bằng trọng lợng ôtô tự đổ, kg)

f1 hệ số cản di chuyển của máy trên nền, f1 = 0,03  0,07

i độ nghiêng lớn nhất của đờng, i = 0.07

b, Lực cản ma sát của các bộ phận làm việc theo hớng hỗn hợp đợc rải:

W2 = Gc f2 (kg)Trong đó: +Gc trọng lợng của các bộ phận làm việc, kg

d, Lực cản phát sinh khi cắt dòng hỗn hợp chảy ra khỏi phễu (đối với máy rải

có phễu rải không đáy)

W4 = Kc F h γ (kg)

Trong đó:

Kc lực cản riêng của khối bêtông nhựa rơi xuống; Kc = 7500 kg/m2

γ trọng lợng riêng của hỗn hợp, γ = 1800 (kg/m2)

diện tích tiết diện ở cửa ra F = b – l

l chiều dài khối bêtông (m)

i: độ dốc nghiêng của đờng

f, Lực cản do khởi động (di chuyển cả máy) có kể cả khi ô tô tỳ vào hệ thốngcon lăn

G G

(kg)

Trong đó: g gia tốc lực, (m/s2)

t1 thời gian tăng tốc (s)Vậy tổng trở lực cản chung khi máy làm việc là

Wc = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 (kg)

2 Xác định lực bám của máy rải.

Wb = Gm.b (kg)

Trong đó: b hệ số bám của xích xuống nền b = 0,3  0,5

3 Tính công suất cần thiết của động cơ máy rải.

.





v W

 hiệu suất truyền động từ động cơ đến bánh sau chủ động

P công suất cần thiết để dẫn động băng tấm gạt

.

.L

N

(kw)

N năng suất của máy rải thảm T/h

L đoạn đờng di chuyển hỗn hợp lớn nhất (m)

 hệ số kể đến tổn hao hỗn hợp qua thiết bị rải, với băng tải gạt,  =1

 hệ số đặc trng cho tính chất của hỗn hợp rải , đối với thảm bêtông

 = 2 3

P3 Công suất cần thiết để dẫn động băng vít rải, đợc tính tơng tự nhcho băng tấm gạt ở đây chọn  = 0.6; L = 0,5B (B chiều rộng khổ rải)  =5

P4 Công suất cần thiết cho việc dẫn động thanh là:

P4 =



60 102

.B n A

(kw)

A công tiêu hao tổng cộng A = A1 + A2 với

A1 công sinh ra của lực ma sát trong một vòng quay của trụcdẫn động

A2 công để đầm chặt hỗn hợp trong 1 vòng quay của trục dẫn

P





.

102

h là chiều dày lớp rải

vm tốc độ làm việc của máy

ktg hệ số sử dụng thời gian, ktg = 0,7  0.95

 trọng lợng riêng của hỗn hợp rải, (T/m3)

III Máy rải bêtông nhựa SUPER-1800 SF.

1.Máy rải bêtông nhựa SUPER - 1800 SF của Đức

nhũ tơng để phun lớp lót trớc khi rải lớp bêtông nhựa Trên máy cũng trang

bị vít tải cấp liệu, nhng bố trí hai vít tải cấp liệu từ thùng chứa bêtông nhựatới khoang rải mà không dùng phơng pháp cào nh các máy khác Tất cả cáccơ cấu, kể cả cơ cấu di chuyển bánh xích của máy đều dẫn động bằng bơmthuỷ lực từ nguồn năng lợng của động cơ điêzen có công suất 160 kw Độngcơ điêzen đồng thời làm quay máy phát điện, cung cấp điện năng cho hệthống làm nóng các tấm là nhẵn và lèn chặt Tấm là nhẵn có bộ phận điềuchỉnh chiều cao lớp rải bằng điện tử – thuỷ lực Tấm lèn chặt bố trí đầmthuỷ lực vô cấp (từ 0 đến 1800 l/ phút)

Hình1 Máy rải bêtông nhựa SUPER – 1800SF Năng suất của máy rải bêtông nhựa tính theo công thức:

Q = 60Bhvβ

Trong đó: B-chiều rộng lớp nhựa rải, m

h- chiều dày lớp nhựa, m

v- tốc độ làm việc của máy, m/ ph

β-= 2,2 t/m3 khối lợng riêng của lớp bêtông nhựa đã lèn và làphẳng.

Năng suất của các máy rải bêtông nhựa của các nớc nhập vào nớc tathờng từ 200 đến 450 t/h

2.Bảng điều khiển của xe.

Hình 2 Sơ đồ bảng điều khiển của xe

Bảng điều khiển của xe đợc chia làm 2 phần nửa bên trái và nửa bênphải hoạt động hầu nh độc lập với nhau

Nửa trái của bảng điều khiển (hình trên) dùng để điều khiển hoạt động bên trái của xe.

-Hàng trên cùng có hai núm công tắc, công tắc thứ nhất đóng ngắt hoạt

động, công tắc thứ hai để điều khiển tốc độ nhanh hay chậm (chế độ ngựaphi và chế độ ngựa đi bộ)

-Hàng thứ 2 gồm có 2 công tắc để điều khiển và một biến trở xoay.Công tắc thứ nhất để điều khiển chế độ rung, có hai chế độ đó là điều khiểnbằng tay (man) và tự động (auto), công tắc thứ hai để điều 2 dùng để điềukhiển đầm cũng có hai chế độ điều khiển bằng tay và tự động Biến trở xoay

-Hàng thứ 3 gồm 3 công tắc dùng để điều khiển bàn là, điều chỉnh độrộng, góc quay của bàn là cũng có hai chế độ bằng tay và tự động

-Hàng thứ 4: Gồm có 3 công tắc, công tắc thứ nhất điều khiển nắp tráicủa thùng chứa bêtông có thể điều khiển bằng tay hoặc tự động, công tắc thứhai và thứ ba điều khiển rãnh xoắn nhận bêtông

-Hàng thứ 5: Gồm có 2 công tắc điều khiển, một để điều khiển xung

điện áp, một để điều khiển xoay tròn xe

Phần giữa của bảng điều khiển dùng để điều khiển chung của toàn xe.

-Trên cùng có 3 đồng hồ chỉ thị đồng hồ thứ nhất thể hiện chế độ dầu củabơm động lực, khi xe hoạt động dầu ở vạch xanh là đang hoạt động tốt, dầu ởvạch vàng là mức nguy hiểm cần tắt máy

-Đồng hồ thứ hai báo mức dầu

-Đồng hồ thứ ba báo tốc độ xe chạy

-Bên dới có một tay gạt và một núm điều chỉnh, tay gạt dùng để điềuchỉnh tốc độ chạy xe, núm điều chỉnh dùng để tạo tốc độ đặt giới hạn khichạy xe

-Công tắc dùng để lựa chọn chiều xe chạy tiến và chạy lùi

-Núm điều chỉnh bên dới để điều chỉnh rẽ trái, rẽ phải và đặt giới hạngồm có 10 nấc bên trái và 10 nấc bên phải

Nửa bên phải của bảng điều khiển tơng tự nh bên trái dùng để điều khiển bên phải của xe.

IV Yêu cầu của đề tài đợc giao

1.Theo yêu cầu của đề tài em cần thiết kế sơ đồ điều khiển cho xe rải bêtông ASPHALT SUPER1800- SF với các nhiệm vụ chính sau:

-Điều khiển xe chạy tiến và lùi

-Điều khiển xe quay trái và quay phải

-Điều khiển rung và đầm

-Hệ thống truyền động của xe sử dụng động cơ thuỷ lực đợc điềukhiển tiết lu dầu từ van điện từ có điện thế thay đổi từ 0 10V Mỗi bênbánh xích đợc truyền động nhờ một động cơ Nếu van ở mức 0(V) xe dừnghoạt động (khoá bơm), nếu van mở ở mức 10(V) xe làm việc với tốc độ tối

đa (bơm mở hoàn toàn), còn với các mức điện thế trung bình khác xe hoạt

động với các cấp tốc độ tơng ứng

2.Nguyên lý điều khiển:

Muốn xe chạy tiến hay chạy lùi thì động cơ hai bên bánh xích của xephải đợc điều khiển để đạt đợc tốc độ giống nhau có nghĩa là lợng dầu cungcấp cho bơm thuỷ lực ở hai bánh xích phải bằng nhau, muốn làm đợc điềunày ngời ta cần cấp hai tín hiệu điện áp bằng nhau vào hai van điện từ củahai động cơ bánh xích

Muốn xe quay trái, quay phải ta cần cấp 2 mức điện áp khác nhau vào 2van điện từ của hai động cơ bánh xích Giả sử muốn xe quay phải thì tốc độbánh xích bên trái phải lớn hơn tốc độ bánh xích bên phải và ngợc lại muốn

xe quay trái thì tốc độ bánh xích bên phải lớn hơn tốc độ bánh xích bên trái.Tổng số van điện từ cho 2 động cơ bánh xích là 4 van Hai van cho chạytiến và hai van cho chạy lùi Việc chuyển đổi giữa chạy tiến và chạy lùi đợcthực hiện nhờ công tắc chuyển đổi hai vị trí Mức độ chênh điện áp, điện ápcàng nhiều thì tốc độ quay càng nhanh

Nh vậy để có thể thay đổi điện áp cấp vào các van điện từ nói trên ta sửdụng băm áp một chiều dùng khuếch đại thuật toán để điều khiển

CHơng II Giới thiệu chung về băm áp một chiều

Băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xung điện

áp Điều chỉnh độ rộng xung điện áp, điều chỉnh đợc trị số trung bình điện áptải

Các bộ băm áp một chiều có thể thực hiện theo sơ đồ mạch nối tiếp(phần tử đóng cắt mắc nối tiếp với tải) hoặc theo sơ đồ mạch song song(phần tử đóng cắt đợc mắc song song với tải) Thông thờng các bộ băm ápmột chiều hiện nay là các bộ băm áp nối tiếp Trong phần giới thiệu nàyquan tâm nhiều đến các bộ băm áp loại đó

II Băm áp một chiều nối tiếp:

1.Nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp.

Sơ đồ nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp giới thiệu trên hình 3

K

1

d Z

điện áp tải bằng điện áp nguồn (Ud = U1), trong khoảng t1  t2 khoá K mở

điện áp tải bằng 0

Trị số trung bình điện áp tải đợc tính

t dt U

t CK

Ud - điện áp tải một chiều

U1 -điện áp nguồn cấp một chiều

t1 khoảng thời gian đóng khoá K

TCK chu kì đóng cắt khoá K

γ - độ rộng xung điện áp

Từ biểu thức ta thấy rằng, muốn điều chỉnh điện áp tải Ud cần điềukhiển độ rộng xung điện áp γ Độ rộng xung điện áp này có thể đợc điềuchỉnh bằng một trong hai thông số: hoặc là điều chỉnh thời gian đóng cắtkhoá K (t1) giữ chu kì đóng cắt TCK không đổi; hoặc là điều chỉnh chu kì

đóng cắt TCK giữ thời gian đóng khoá K (t1) không đổi Tuy nhiên vịêc thay

đổi chu kì đóng cắt khóa K làm cho chất lợng điều khiển của phơng phápnày xấu, ngời ta ít dùng

2 Mạch điều khiển băm áp một chiều.

Nguyên lý điều khiển

-Mạch điều khiển băm áp một chiều có nhiệm vụ xác định thời điểm

mở và khoá van bán dẫn trong một chu kì chuyển mạch Chu kì đóng cắt vannên cố định Điện áp tải khi điều khiển đợc tính:

U tải = γ.U1

Trong đó:

t t

td, tk, Tck: thời gian dẫn, khoá van bán dẫn, chu kì đóng cắt.

U1: điện áp nguồn một chiều

-Mạch điều khiển cần đáp ứng yêu cầu điều khiển γ bằng các lệnhtheo một nguyên tắc nào đó

-Để điều khiển γ với chu kì đóng cắt (Tck) không đổi cần phải điềukhiển khoảng thời gian dẫn của van bán dẫn trong chu kì đóng cắt

-Nguyên lý điều khiển thời gian dẫn của các van bán dẫn trong băm ápmột chiều có thể thực hiện nh sau:

-Tạo một điện áp tựa dạng điện áp răng ca (hay điện áp tam giác) vớimột tần số f xác định khá cao Dùng một điện áp một chiều (làm điện áp

điều khiển) so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm điện áp điều khiển băng

điện áp tựa thì phát lệnh mở hoặc khoá van bán dẫn

t

 U

Hình 5 Sơ đồ mạch khối mạch điều khiển băm áp một chiều

3 Mạch điều khiển băm áp một chiều

Gồm 3 khâu cơ bản:

Khâu tạo tần số:

Có nhiệm tạo điện áp tựa răng ca Urc với tần số theo ý muốn ngời thiết

kế Tần số của các bộ băm áp một chiều thờng chọn khá lớn (hàng chụcKHz) Tần số này lớn hay bé là do khả năng chịu tần số của van bán dẫn.Nếu van động là Tiristor tần số của khâu tạo tần số khoảng 1-5KHz Nếu van

động lực la tranzitor lỡng cực, trờng, IGBT tần số có thể hàng chục KHz

Khâu so sánh:

Có nhiệm vụ xác định thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển.Tại các thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển thì phát lệnh mở hoặckhoá van dẫn Điện áp tựa dạng tam giác có hai sờn lên và xuống, lệnh mởvan động lực ở giao điểm sờn lên, thì ở giao điểm sờn xuống sẽ phát lệnhkhoá van và ngợc lại

Khâu tạo xung, khuếch đại:

Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở van bán dẫn Một xung đợc coi

là phù hợp để mở van là xung có đủ công suất (đủ dòng điện và điện áp điềukhiển), cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực khi nguồn động lựchàng chục vôn trở lên Hình dạng xung điều khiển phụ thuộc loại van độnglực đợc sử dụng

Van động lực là Tranzitor, xung điều khiển có dạng xung chữ nhật độrộng của các xung này bằng độ rộng xung điện áp tải

A Khâu tạo tần số.

-Có nhiều cách tạo điện áp tựa có tần số theo ý đồ của ngời thiết kế.Những sơ đồ tạo điện áp tựa điển hình có thể tạo ra ba dạng điện áp

b T

c

U

Hình 6 Các dạng điện áp tựa của mạch điều khiển băm áp một chiều

-Điện áp tựa dạng tam giác cân nh hình (6a) đợc tạo ra khi tần số f =1/Tck cố định Độ rộng xung điện áp γ có thể đợc điều chỉnh bằng việc thay

đổi cả thời điểm mở van bán dẫn ở sờn lên điện áp tựa và cả thời điểm khoávan bán dẫn tại sờn xuống điện áp tựa Sơ đồ mạch tạo điện áp tam giác cân

nh thế này đợc thực hiện tợng đối đơn giản Tuy nhiên, việc tạo điện áp có cảhai cạnh lện và xuống cùng biến thiên nh hình (a) thờng đợc thực hiện bằngmạch RC, hình dạng các cạnh đó phụ thuộc vào việc nạp và xả tụ Các đờngnạp và xả tụ nhiều khi không hoàn toàn là đờng thẳng tuyến tính Các đờngcong ấy có thể làm cho quan hệ giữa điện áp điều khiển với khoảng dẫn γkhông tuyến tính Mặc dù vậy, điện áp tựa dạng tam giác cân thờng hay đợcdùng hơn trong thực tế vì lý do dễ thực hiện

-Điện áp tựa dạng tam giác vuông hình (6b) (6c) cũng đợc tạo với tần

số cố định Khi thay đổi điện áp điều khiển, có một cạnh của tam giác làcạnh góc vuông, nên thời điểm mở (hay khoá) theo cạnh đó sẽ cố định trongmột chu kì Van bán dẫn chỉ vuông nh thế này thờng khó thực hiện hơn, vìtrên thực tế tạo cạnh góc vuông 900 không hoàn toàn chính xác

1 Tạo điện áp tam giác bằng dao động đa hài

-Điện áp tam giác cân có thể đợc tạo bởi một dao động đa hài bằngkhuếch đại thuật toán (KĐTT) nh hình (7a).

-Sơ đồ dao động đa hài bằng KĐTT A1 có hai đờng hồi tiếp Hồi tiếp

âm về V- bằng mạch RC, hồi tiếp dơng về V+ bằng mạch chia áp R1, R2 Hoạt

động của sơ đồ hình (7a) có thể giải thích nh sau:

Giả sử điện áp ra của A1 là đang dơng, nhờ hồi tiếp mà điện áp ra bằng

Ucc và không đổi, lúc đó điện áp vào cổng “+” có trị số:

2 1

2

R R

Điện áp vào cổng “-” là điện áp nạp tụ, điện áp nạp tụ tăng dần đến khi

V+ = V- , tại t1 đầu ra lật trạng thái từ dơng xuống âm, điện áp V+ đổi dấu từdơng xuống âm, điện áp trên tụ đổi chiều nạp tụ

C

+ R

2 R

1

R

V+

-

V-A 1

+ 3 R

- A2

Hình 7a Dao động đa hài bằng KĐTT

2 1 ln 2

R

R C

R T

2 Tạo điện áp tam giác bằng tích phân sóng vuông:

Mạch tạo điện áp tam giác cũng có thể nhận đợc từ bộ tích phân xungvuông nh hình 8 Xung vuông có thể tạo bằng nhiều cách khác nhau Tíchphân xung này chính là quá trình nạp, xả tụ Nếu điện áp vào khâu tích phânkhông đối xứng có thể xuất hiện sai số đáng kể

Hình 8a Bộ tạo sóng điện áp vuông và tam giác bằng KĐTT

Điện áp tựa trên hình 7b mang tính phi tuyến cao Điện áp tựa có thểnhận đợc tuyến tính hơn nếu sử dụng sơ đồ 8a Khuếch đại A1 có hồi tiếp d-

ơng bằng điện trở R1, đầu ra có trị số điện áp nguồn và dấu phụ thuộc hiệu

điện áp hai cổng V+, V-

Đầu vào V+ có tín hiệu, một tín hiệu không đổi lấy từ đầu ra của A1,một tín hiệu biến thiên lấy từ đầu ra của A2 Điện áp chuẩn so sánh để quyết

định đổi dấu điện áp ra của A1 là trung tính vào V- Giả sử đầu ra của A1

d-ơng (UA! >0), khuếch đại A2 tích phân đảo dấu cho điện áp có sờn đi xuốngcủa điện áp tựa Điện áp vào V+ lấy từ R1 và R2 , hai điện áp này trái dấunhau Điện áp vào qua R2 biến thiên theo đờng nạp tụ, còn điện áp ra củaluân phiên đổi dấu nhau Điện áp vào qua R2 biến thiên theo đờng nạp tụ,còn điện áp vào qua R1 không đổi, tới khi nào UV+=0 đầu ra của A1 đổi dấuthành âm Chu kì điện áp ra của A1 cứ luân phiên đổi dấu nh vậy cho ta điện

áp ra nh hình 8b

U A2

t

Hình 8b.Bộ tạo sóng điện áp vuông và tam giác bằng KĐTT

Tần số của điện áp tựa đợc tính:

1

2

3 4

1

R

R C R

f 

Bằng cách chọn các trị số của điện trở và tụ điện ta có đợc điện áp tựa

có tần số nh mong muốn

3 Tạo điện áp tam giác bằng dao động tích thoát.

Mạch dao động tích thoát bằng UJT (tranzitor đơn nối ) cũng có thểcho chúng ta một điện áp tam giác

Mạch điện hình 9 là một mạch tích thoát cơ bản, trong đó R1, R2 nhậncác tín hiệu xung Tụ C và điện trở Rt là mạch nạp để tạo điện áp tam giáckhông tuyến tính trên tụ C

Hoạt động của sơ đồ hình 9 nh sau:

Khi mới đóng điện tụ C đẳng thế, coi UE = 0, tranzitor ở trạng tháikhoá Tụ C nạp qua điện trở Rt làm UE tăng đến điện áp đỉnh với trị số:

Up = UB + UEB = U V

R R

R

CC B B

Lúc đó tranzitor dẫn Tụ C xả nhanh qua điôt EB – RB – R1 Khi tụ C xả từ

Up đến ngỡng dới Umin tranzitor ngng dẫn, tụ nạp trở lại bắt đầu một chu kìmới

B1 B

E

B B2 R 2

2

R U

a, b,

Hình 9 Mạch tạo dao động tích thoát

a, sơ đồ nguyên lý b, sơ đồ thay thế c, các dạng dờng cong

Tần số dao động của mạch:

2 1

1

1

1 ln

.

1

B B B T

R R R C

Lúc đó

C R C

ln

1





4 Mạch tạo điện áp tam giác dùng IC566

Mạch dùng VCO (Voltage Control Osilator mạch đao động điều khiểnbằng điện áp) dùng IC566 có hình dáng cấu trúc trên hình 10

Các chân:

1 GND: Nối đất

3 Square Ware Output: Đầu ra sóng vuông.

4 Triangle Ware Output: Đầu ra sóng tam giác

5 Modulation Input: Đầu vào điều chế

6 R: Chân vào nối điện trở

7 C: Chân vào nối tụ

Schmitt Trigger

điện nạp tụ C qua điện trở R có trị số ổn định Điện áp trên tụ khuếch đại

đệm đa ra chân 4 tăng theo hàm bậc nhất

Mạch Trigger Schmitt cho ra dạng sóng điện áp hình vuông khuếh đại

đệm đa ra chân 3

Mạch khuếch đại đệm trong IC để khuếch đại sóng vuông và tam giác,

đồng thời phối hợp trở kháng để đa tới các tầng sau

Thay đổi điện áp đa vào chân 5 làm thay đổi dòng điện nạp tụ C dẫntới thay đổi tốc độ nạp tụ Kết quả là thay đổi tần số sóng vuông và tam giác

H×nh 11 M¹ch vÝ dô t¹o sãng tam gi¸c b»ng IC566.

500 12

9 12 10 01 , 0 10

.

10

2

6 3

9 , 11 12 10 01 , 0 10

.

10

2

6 3

detectorphaseQuadrature t

3

C A

R

2

Hình 12 Sơ đồ cấu trúc IC567

Chức năng các chân:

1 Output Filter C3 – Chân nối lọc tụ đầu ra

2 Low Rass Filter C2 – Chân nối tụ C2 xuống mass để lọc tín hiệu tần sốthấp

3 Input – Chân nhận tín hiệu đầu hiệu đầu vào

4 +UCC – Chân dơng nguồn nuôi 4,75 – 10V

5 Timing R – Chân nối điện trở giữa chân 5 và 6 để định tần số CCO

6 Timing R, C – Chân nối tụ lọc xuống mass, nh mạch lọc để chạy ổn địnhtần số cho mạch CCO Tần số dao động có trị số thay đổi nh sau:

7 Ground – Nối đất (mass) để lấy nguồn nuôi cho IC

8 Groud – Đầu ra với colector hở

U5

t t

Hình 13 Đờng cong điện áp các chân 5, 6 IC 567

Nguyên lý tạo xung của IC nh sau:

Điện trở R ở chân 5 và tụ ở chân 6 xác định tần số dao động của mạch

Khi tần số đầu vào fv và tần số dao động fo khác nhau thì không códòng điện qua điện trở R2 trong IC Lúc đó, điện áp vào V+ của OP-AMP sosánh sẽ cao hơn điện áp chuẩn Vref ở đầu vào V- Mạch so sánh sẽ cho ra điện

áp cao ở chân 8

Khi tần số đầu vào fV và tần số dao động f0 bằng nhau thì có dòng điệnqua điện trở R2 trong IC tạo sụt áp trên nó Lúc đó, điện áp vào V+ của OP-AMP so sánh sẽ thấp hơn điện áp chuẩn Vref ở đầu vào V- Mạch so sánh sẽcho ra điện áp mức thấp ở chân 8

Mạch dao động có dạng xung vuông ở chân 5 và xugn tam giác ở chân

6 Khi chân 5 có điện áp mức cao, tụ C nạp, chân 6 có điện áp tăng Khi chân

Mạch tạo điện áp tam giác vuông có thể tạo đợc từ dao động đa hàikhông đối xứng.

Hằng số thời gian nạp tụ phụ thuộc phần điện trở VR Bằng cách thay

đổi vi trí con chạy của biến trở, hai chiều nạp tụ có hai trị số điện trở khácnhau Từ đó có độ dốc của hai chiều nạp tụ khác nhau Hai cạnh tam giác có

độ nghiêng khác nhau Khi vi tri con chạy nằm sát mép trên của hình vẽ nạp

tụ theo chiều đi lên dài hơn, nạp theo chiều đi xuống nhanh hơn và ngợc lại

Chu kì xung: T = C.V.R.ln(1+

1 2

B Khâu so sánh

Khâu so sánh của băm áp một chiều sẽ xác dịnh thời điểm mở và khoávan bán dẫn Đầu vào của khâu này gồm có hai tín hiệu, điện áp tựa (điện áptam giác) và điện áp một chiều làm điện áp điều khiển Một trong những sơ

đồ điển hình giới thiệu trên hình 14a, và dạng điện áp vào, ra trên hình 14b

Từ hình 14b ta thấy rằng trong mỗi chu kì điện áp tựa có hai thời điểm

điện áp tựa bằng điện áp điều khiển Tại các thời điểm đó, đầu ra của khâu sosánh đổi dấu điện áp

+

-a,

SS

U

t t

b,Hình 14 Mạch so sánh hai cổng bằng KĐTT

Khâu so sánh nhận tín hiệu điện áp răng ca và điện áp điều khiển, cónhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm thời điểmhai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc) Tại thời điểm hai điện áp bằng nhauthì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại

Việc so sánh các tín hiệu đó có thể đợc thực hiện bằng Trazito (Tr) nhtrên hình 15 Tại thời điểm Uđk = Urc ở đầu vào, Tr lật trạng thái từ khoá sang

mở hay ngợc lại từ mở sang khoá), làm cho điện áp ra cũng bị lật trạng thái

1

a, Bằng Trazito b, Cộng một cổng đảo của KĐTT c, Hai cổng KĐTT

Mức độ mở bão hoà của Tr phụ thuộc vào tổng đại số Uđk  Urc = Ub, tổng

đại số này có một vùng điện áp nhỏ hàng mV, làm cho Tr không làm việc ởchế độ đóng cắt nh mong muốn

Khuếch đại thuật toán (KĐTT) có hệ số khuếch đại vô cùng lớn, chỉ cần một tín hiệu rất nhỏ (cỡ V) ở đầu vào, đầu ra đã có điện áp nguồn nuôi, việc ứng dụng KĐTT làm khâu so sánh là hợp lí Các sơ đồ so sánh dùngKĐTT trên hình 15b,c rất thờng gặp trong các sơ đồ mạch hiện nay Ưu

điểm hơn hẳn của các sơ đồ KĐTT là có thể phát xung điều khiển chính xáctại Uđk = Urc.

Nh vậy em lựa chọn phơng pháp so sánh hai cổng dùng KĐTT

C Khâu khuếch đại.

1 Mạch khuếch đại cho van động lực là tranzitor

Mạch khuếch đại cho van động lựclà tiristor có nhiệm vụ tạo xung phùhợp để mở tranzitor Sự phù hợp ở đây là phù hợp về công suất và cách lygiữa mạch điều khiển với mạch động lực (khi mạch động lực có điện áp cao).

Trên hình 16 giới thiệu một số mạch đại ghép nối giữa tầng so sánhvới tầng động lực Hinh 16a dùng cho những mạch có điện áp nguồn độnglực U1 thấp Hình 16b dùng cho những mạch động lực có điện áp nguồn

động lực U1 cao, nhng mạch điều khiển có điện áp cấp nguồn điều khiển(Uđk) cách li Hình 16c dùng cho những mạch động lực có nguồn U1 cao, nh-

ng mạch điều khiển không cần điện áp cấp nguồn điều khiển cách li, mà sửdụng trực tiếp điện áp nguồn cấp U1, trờng hợp để bảo vệ bộ ghép quang cần

có điốt ổn áp Dz

+U 1

U n

D q

T q q

T

6

R

c,

Hình16 Sơ đồ tầng khuếch đại cho băm áp tranzito

Một số sơ đồ khuếch đại khác, tầng khuếch đại cuối cùng thờng đợcthiết kế bằng Tranzito công suất Diốt D bảo vệ Tr khi Tr khoá Mặc dù với u

điểm đơn giản, nhng sơ đồ này không đợc dùng rộng rãi, bởi lẽ hệ số khuếch

đại của tranzito loại này nhiều khi không đủ lớn, để khuếch đại đợc tín hiệu

từ khâu so sánh đa sang

Tầng khuếch đại cuối cùng bằng sơ sồ Darlington thờng hay đợc dùngtrong thc tế Nó hoàn toàn có thể đáp ứng đợc yêu cầu về khuếch đại công

a,

1

1 2 6

d

0 Ld

+UDR

TrTrR

suất, khi đó hệ số khuếch đại đợc nhân lên theo thông số của các tranzito.

2 Bộ băm áp một chiều với van động lực là Tranzito

Ưu điểm lớn nhất của Tranzito so với Tiristor là có thể làm việc ở tần

số cao và dễ điều khiển, nên Tranziro đợc dùng làm van động lực cho các bộbăm áp một chiều là rất phổ biến

Các bộ băm áp một chiều nối tiếp hình 17 Tranzito chạy qua Tranzito

đợc mắc nối tiếp với tải

T d Z MĐK

Hình 17 Băm áp nối tiếp bằng Tranzito

3 Lựa chọn van động lực.

Trên thị trờng hiện nay có ba loại Trazito nh hình 18 Về nguyên lý baloại tranzito này hoạt động gần giống nhau khác nhau của chúng là tổn haocông suất, tần số làm việc, công suất điều khiển

a, b, c,

Hình 18 Sơ đồ băm áp nối tiếp

a, Van động lực là Tranzito lỡng cực

b, Van động lực là Tranzito trờng

c, Van động lực là Tranzitor IGBT

nay đáng kể (dòng điện định mức tới 1000A) Tuy tổn hao chuyển mạch làmgiới hạn dòng điện làm việc Công suất điều khiển của các loại Tranzito lỡngcực đáng kể, điều này làm tăng công suất mạch điều khiển

Khắc phục nhợc điểm về công suất của Tranzitor lỡng cực Tranzitor ờng đợc sử dụng (hình 18b) Sử dụng tranzitor trờng trong các bộ băm áp rấthiệu quả Tuy nhiên loại van này hiện nay đợc chế tạo với dòng điện khônglớn bằng tranzitor lỡng cực

tr-Phối hợp các u điểm của hai loại tranzitor trên ngời ta sử dụngtranzitor IGBT (hình 18c) Loại linh kiện này đợc chế tạo với công suất khálớn

Qua đó em chọn lựa tranzito lỡng cc PNP do cần điều khiển từ phía

d-ơng nguồn của cuộn hút điều khiển và loại Tranzitor này cũng rất phổ biếntrên thị trờng với giá cả hợp lý