Cơ sở lý thuyết
1.1 Khái niệm chung và phân loại
Trong kỹ thuật điện tử, ta thờng gặp các vấn đề sử dụng các nguồn dao động có tần số và hình dạng nhất định, nh sóng hình sin (sóng chữ nhật, sóng răng ca) và các xung (các nguồn điện áp và các dòng điện chỉ phát ra trong khoảng thời gian ngắn, ) Nguồn do các máy phát điện cung cấp thông thờng chỉ có 2 loại: nguồn điện một chiều và nguồn điện xoay chiều hình sin tần số công nghiệp (50Hz hoặc 60 Hz) Vì thế cần có các thiết bị điện tử biến đổi năng lợng của nguồn cung cấp (thờng là một chiều) thành các nguồn dao động, có tần số và hình dạng nhất định, gọi là các thiết bị tạo sóng còn đợc gọi là các máy phát dao động.
Vì bộ tạo sóng là thiết bị dùng các linh kiện điện tử (đèn điện tử và các ống bán dẫn), lắp ráp với các linh kiện khác thành mạch điện, làm nhiệm vụ biến đổi năng lợng của nguồn một chiều hay nguồn xoay chiều tần số công nghệp thành năng lợng dao động điện
Căn cứ theo dạng sóng, bộ tạo sóng chia ra:
- Tạo sóng hình sin, tạo sóng hình không sin
- Tạo sóng liên tục và tạo sóng xung.
Căn cứ theo nguyên lý hoạt động, chia ra bộ tạo sóng tự kích, bộ tạo sóng ngoại kích ở bộ tạo sóng ngoại kích, các dao động kích thích, do một nguồn dao động phát ra, còn bộ tạo sóng làm nhiệm vụ biến các dao động đó thành dao động mới có cùng hình dáng và tần số, nhng trị số lớn hơn Nh vậy, bộ tạo sóng ngoại kích thực chất làm nhiệm vụ khuếch đại dao động ở bộ tạo sóng tự kích, dao động kích thích dùng chính năng lợng nguồn cung cấp biến đổi trong mạch dao động qua mạch khuếch đại, đợc hồi tiếp dơng để kích thích cho đèn làm việc.
Căn cứ theo đèn sử dụng, bộ tạo sóng chia ra bộ tạo sóng dùng đèn điện tử, dùng tranzito, dùng tranzito một tiếp giáp, dùng tiratrôn
Các bộ tạo sóng hình sin công suất nhỏ đợc dùng rất rộng rãi trong kỹ thuật, chẳng hạn dùng trong các thiết bị đo lờng, điều chỉnh, điều khiển tự động và điều khiển xa
Các bộ tạo sóng hình sin công suất lớn chủ yếu làm nguồn năng lợng chế biến hoặc gia công, chẳng hạn để cung cấp năng lợng cho lò tôi cảm ứng (là tôi cao tần) lò luyện kim cảm ứng, thiết bị sấy điện tần số cao, thiết bị gia công kim loại bằng sóng siêu âm
Các thiết bị tạo sóng không sin hoặc tạo xung đợc dùng chủ yếu trong lĩnh vực chế tạo máy tính điện tử, các thiết bị đo lờng, điều khiển xa
Các bộ tạo sóng hình sin dựa vào hiện tợng cộng hởng điện áp hoặc dòng điện trong mạch dao động Chính chế độ cộng hởng này, quyết định dao động của bộ tạo sóng.
Trớc khi đi vào nghiên cứu các mạch tạo sóng, ta xét sơ lợc đặc tính cơ bản mạch dao động.
Nguyên lý tạo dao động và các ứng dụng
Khái niệm chung và phân loại
Trong kỹ thuật điện tử, ta thờng gặp các vấn đề sử dụng các nguồn dao động có tần số và hình dạng nhất định, nh sóng hình sin (sóng chữ nhật, sóng răng ca) và các xung (các nguồn điện áp và các dòng điện chỉ phát ra trong khoảng thời gian ngắn, ) Nguồn do các máy phát điện cung cấp thông thờng chỉ có 2 loại: nguồn điện một chiều và nguồn điện xoay chiều hình sin tần số công nghiệp (50Hz hoặc 60 Hz) Vì thế cần có các thiết bị điện tử biến đổi năng lợng của nguồn cung cấp (thờng là một chiều) thành các nguồn dao động, có tần số và hình dạng nhất định, gọi là các thiết bị tạo sóng còn đợc gọi là các máy phát dao động.
Vì bộ tạo sóng là thiết bị dùng các linh kiện điện tử (đèn điện tử và các ống bán dẫn), lắp ráp với các linh kiện khác thành mạch điện, làm nhiệm vụ biến đổi năng lợng của nguồn một chiều hay nguồn xoay chiều tần số công nghệp thành năng lợng dao động điện
Căn cứ theo dạng sóng, bộ tạo sóng chia ra:
- Tạo sóng hình sin, tạo sóng hình không sin
- Tạo sóng liên tục và tạo sóng xung.
Căn cứ theo nguyên lý hoạt động, chia ra bộ tạo sóng tự kích, bộ tạo sóng ngoại kích ở bộ tạo sóng ngoại kích, các dao động kích thích, do một nguồn dao động phát ra, còn bộ tạo sóng làm nhiệm vụ biến các dao động đó thành dao động mới có cùng hình dáng và tần số, nhng trị số lớn hơn Nh vậy, bộ tạo sóng ngoại kích thực chất làm nhiệm vụ khuếch đại dao động ở bộ tạo sóng tự kích, dao động kích thích dùng chính năng lợng nguồn cung cấp biến đổi trong mạch dao động qua mạch khuếch đại, đợc hồi tiếp dơng để kích thích cho đèn làm việc.
Căn cứ theo đèn sử dụng, bộ tạo sóng chia ra bộ tạo sóng dùng đèn điện tử, dùng tranzito, dùng tranzito một tiếp giáp, dùng tiratrôn
Các bộ tạo sóng hình sin công suất nhỏ đợc dùng rất rộng rãi trong kỹ thuật, chẳng hạn dùng trong các thiết bị đo lờng, điều chỉnh, điều khiển tự động và điều khiển xa
Các bộ tạo sóng hình sin công suất lớn chủ yếu làm nguồn năng lợng chế biến hoặc gia công, chẳng hạn để cung cấp năng lợng cho lò tôi cảm ứng (là tôi cao tần) lò luyện kim cảm ứng, thiết bị sấy điện tần số cao, thiết bị gia công kim loại bằng sóng siêu âm
Các thiết bị tạo sóng không sin hoặc tạo xung đợc dùng chủ yếu trong lĩnh vực chế tạo máy tính điện tử, các thiết bị đo lờng, điều khiển xa
Các bộ tạo sóng hình sin dựa vào hiện tợng cộng hởng điện áp hoặc dòng điện trong mạch dao động Chính chế độ cộng hởng này, quyết định dao động của bộ tạo sóng.
Trớc khi đi vào nghiên cứu các mạch tạo sóng, ta xét sơ lợc đặc tính cơ bản mạch dao động.
Hiện tợng cộng hởng của mạch dao động
1.2.1 Sự phóng và nạp của tụ điện Để khảo sát sự phóng và nạp của tụ điện, ta mắc mạch điện nh hình 1-1 khi đóng cầu dao D về phía 1 thì tụ C bắt đầu nạp điện, trong mạch có dòng điện icn Điện tích sẽ đợc nạp vào hai cực của tụ điện là C và tạo nên điện áp
Uc đặt vào đầu tụ điện Gọi điện tích đặt vaò tụ điện là qc, ta có: qc = C.Uc (1.1)
Dòng điện trong mạch chính là tỷ số giữa số gia điện tích dqc trong thời gian đó. icn = d q d t = q ’ c (1.2)
Hình 1-1 Sơ đồ mạch điện (a), đờng cong dòng, áp khi nạp (b), và khi phóng (c) của tụ điện
Nh vậy dòng điện là đạo hàm của điện tích theo thời gian Biết C coi nh hằng số, ta có: icn d d t (C U c )=C dU c d t =C U c '
Theo định luật kiếc hốp II, điện áp nguồn U cân bằng với các điện áp đặt vào điện trở và tụ điện:
U=R 1 i cn +U c =R 1 C U c ' +U c (1.4) Phơng trình 1.4 là phơng trình vi phân cấp 1 với Uc Giả thiết là trớc lúc dòng điện, điện áp trên tụ Uc(o) = 0 Thì nghiệm của 1.4 có dạng:
R.C ) (1.5) ở đây R.C = T, gọi là hằng số thời gian nạp điện Đồ thị dòng điện áp vẽ trên hình 1.1b.
Dòng điện nạp tính theo 1.3 bằng cách lấy đạo hàm 1.5 rồi thay vào 1.3: i cn =C U ' c =C U ( 1
R 1 là giá trị ban đầu của dòng nạp là các hàm tắt dần, với tốc độ tắt phụ thuộc vào hằng số thời gian của mạch nạp.
Khi thời gian tiến dần vô cùng thì icn và Uc đạt tới các giá trị ổn định, Iođ và Uođ Lúc đó: e −t/T sẽ dần tới 0, thay vào 1.5 và 1.6, ta có:
Thời gian cần để dòng và áp đạt tới giá trị ổn định gọi là thời gian nạp điện Về lý thuyết, thời gian nạp điện coi là vô cùng, nhng thực tế nếu t= 5.T1 th×: e −1/T 1 =e −5 = 1 e 5 ¿ 0 , 01
Nh vậy có thể coi thời gian nạp tn = 5.T1 (1.7) Hằng số thời gian càng dài thì thời gian nạp càng lớn Sau khi tụ nạp đầy, nếu cầu dao đóng sang phía 2 tụ C sẽ phóng điện qua điện trở R2 Dòng điện phóng icp qua mạch sẽ làm giảm điện tích trên hai cực và điện áp trên tụ giảm dần ta thấy chiều dòng điện khi phóng ngợc với khi nạp. áp dụng định luật kiếc hốp II cho mạch vòng:
Cũng nh trên, dòng điện là đạo hàm của điện tích theo thời gian: i cp = dq cn d t =C dU c d t =C U c '
Gọi điện áp ban đầu của tụ là Uo thì nghiệm của 1.10 sẽ là:
(1.12) Đồ thị của Uc và icp khi phóng điện vẽ trên hình 1.1c ở đây, icp mang dấu âm và chiều của nó ngợc với chiều dơng của điện áp Uc Sau khi phóng điện kết thúc ta có:
Uo® = Io® = 0 Thời gian phóng tp = 5.T2, với T2 là hằng số thời gian của mạch phóng điện.
T2 = R2.CTổng quát, hằng số thời gian của mạch có tụ điện – điện trở nối tiếp:
1.2.2 Mạch cộng hởng điện áp
Nối tiếp cuộn điện cảm của L với một điện dung và đặt vào nguồn có sức điện động xoay chiều En, có tần số f biến đổi đợc (hình 1-2a) ta có mạch cộng hởng điện áp ở mạch lý tởng thì điện trở R = 0, còn mạch thực tế bao giờ cũng tồn tại một điện trở R đặc trng cho điện trở của dây dẫn, cuộn dây, nguồn điện và tổn hao trong tụ điện.
Hình 1- 2 Sơ đồ mạch cộng hởng điện áp (a) và đồ thị của mạch hởng (b)
Cảm kháng của cuộn L: XL = 2..f (1.14)
Tỷ lệ bậc nhất với tần số f
Dung kháng của tụ điện: XC 1
Tỷ lệ nghịch với tần số f Điện kháng chung của mạch:
2.π.f.C (1.16) Điện trở của mạch coi nh không phụ thuộc vào tần số f, nếu ta bỏ qua hiệu ứng mặt ngoài Tổng trở của mạch:
Dựa vào các quan hệ từ 1.14 đến 1.17 ta vẽ đợc các đờng cong của trở kháng theo tần số nh hình 1-2 Các đờng này đợc gọi là đờng đặc tính tần số của trở kháng.
Qua đặc tính tần số, ta thấy có một đặc điểm đặc biệt f = fo, ta có:
Tổng trở Z lúc này đạt giá trị cực đại và bằng điện trở của mạch Đó là trạng thái cộng hởng nối tiếp hay cộng hởng điện áp Tần số fo gọi là tần số dao dộng riêng của mạch Từ (1.18) ta có: fo 1
2.π.√ L C (1.21) Nghĩa là tần số riêng chỉ phụ thuộc vào L và C và là thông số riêng của mạch Điều kiện cộng hởng là tần số của nguồn điện bằng tần số riêng của mạch
√ R 2 +(2 π f L−2 π f C ) 2 (1.22) Điện áp dáng trên các thành phần điện trở, điện cảm, điện dung:
2.π.f.C (1.25) Khi cộng hởng dòng điện trong mạch cực đại, và tổng trở đạt cực tiểu:
Lúc đó điện áp đặt vào điện trở bằng điện áp nguồn:
Và gọi là hệ số phẩm chất, ta sẽ có:
UL.ch = UC.ch = q.En (1.29)
Từ 1.27 và 1.29 ta thấy, khi có cộng hởng điện áp thành đều đạt điện áp trên điện trở bằng điện áp nguồn Chính nhờ tính chất này mà mạch cộng h- ởng có nhiều ứng dụng trong mạch điện tử nói chung, mạch tạo sóng nói riêng Đồ thị biến thiên của dòng và áp theo tần số vẽ trên hình 1.2c Ta thấy thực tế, cực đại của UL và UC không ở đúng giá trị f = fo mà lệch đi một chút về hai phía Đó là ảnh hởng của điện trở R.
Chất lợng của mạch cộng hởng quyết định bởi hệ số q Hệ số này càng lớn thì hiện tợng cộng hởng thể hiện càng mạnh.
1.2.3 Mạch cộng hởng dòng điện
Mạch cộng hởng dòng điện gồm điện cảm L và tụ điện C mắc song với nhau và đặt vào nguồn điện áp xoay chiều En, tần số f (H 1.3a) Vì cuộn cảm và tụ điện, điện trở R mắc song song với chúng để đặc trng cho sự tiêu thụ năng lợng (Hình 1-3d).
Hình 1-3 Mạch cộng hởng dòng điện (a, b) và đồ thị của mạch (c, d) Điện dẫn của mạch điện trở: g 1
Không phụ thuộc vào tần số f Điện dẫn phản kháng của mạch điện cảm: bL 1
Tỷ lệ nghịch với tần số Điện dẫn của mạch điện dung : bC 1
Tỷ lệ thuận với tần số Dẫn nạp của cả mạch:
Y = √ g 2 +( b c −b L )=√ g 2 +( 2 π f C − 2 π 1 f L ) 2 (1.33) Đờng đặc tính tần số của điện dẫn vẽ trên hình 1.3c cũng nh trớc, ta thấy trạng thái của mạch xảy ra khi bL = bC hay:
Từ đó, xác định đợc tần số cộng hởng, tức là tần số riêng của mạch dao động, tơng tự nh trớc đây: fo I
Khi xảy ra công hởng, dẫn nạp của mạch đạt cực tiểu và bằng điện dẫn điện trở:
Do đó, dòng điện trong mạch chung cũng đạt cực tiểu và bằng dòng điện tác dụng (dòng điện qua điện trở).
Dòng điện trong mạch điện cảm và điện dung bằng nhau, và gấp q lần dòng điện mạch chung:
(1-37) ở đây q là hệ số phẩm chất của mạch dao động: q= Y L g = Y C g = R
(1-38) Tổng trở tơng đơng của mạch dao động bằng nghịch đảo của tổng dẫn:
Khi cộng hởng, Ych=Ymin thì Zch=Zmax Giả sử ta có mạch dao động LC nối tiếp với tổng trở Z, đặt vào nguồn tín hiệu gồm nhiều sóng điều hoà có tần số khác nhau, ta cần lấy ra tín hiệu E, có tần số f (Hình 1-4) Điều chỉnh tụ C để tần số riêng f0=f Lúc đó mạch dao động ở trạng thái cộng hởng Đối với tín hiệu Eu, tần số f Nếu bỏ qua tổn hao thì coi g=0 và Ych=0, Zch=0, tức mạch coi nh hở I ¿ 0 và điện áp E coi nh đặt toàn bộ vào mạch dao động Kết quả từ 2 đầu mạch dao động ta lấy đợc Uch=En là tín hiệu mạnh nhất Còn tín hiệu có tần số khác tần số f không ở trạng thái cộng hởng, nên chủ yếu sẽ sụt áp trên tổng trở Z, tín hiệu lấy ra ở trạng thái cộng hởng không đáng kể có thể bỏ qua. Đó là nguyên tắc chọn lọc sóng hoặc lọc sóng ở mạch dao động.
Hình 1-4 Mạch dao động lọc tín hiệu
Nh vậy, mạch dao động LC có tác dụng chọn lọc tần số Tổng trở Z và tổng dẫn Y là hàm của tần số ω , và đạt cực trị khi ω = ω 0 với ω 0=2f0 là tần số riêng của mạch, tính theo (1-21) hoặc (1-34b).
Nếu L-C mắc nối tiếp thì tại ω = ω 0, tổng trở Z sẽ có trị số cực tiểu và sẽ đổi dấu qua điểm này Do Z đạt min, nên dòng điện trong mạch là cực tiểu, đồng thời các thành phần điện áp trên các phần tử R, L cũng đạt cực đại.
Nếu L-C mắc song song thì ω = ω 0, tổng dẫn Y đạt min, điện dẫn phản kháng b sẽ đổi dấu qua điểm này Do Y đạt min, nên dòng điện trong mạch là cực tiểu nhng dòng điện qua các phần tử R, L, C sẽ đạt cực đại.
Mạch tạo sóng hình sin
1.3.1 Mạch tạo sóng hình sin ngoại kích
Hình 1-5 Sơ đồ (a) và đờng đặc tính động (b) của mạch tạo sóng hình sin ngoại kích Hình 1.5a vẽ sơ đồ nguyên tắc của mạch tạo sóng hình sin ngoại kích dùng đèn điện tử 3 cực Nguồn Ucn là nguồn tín hiệu áp lới Tín hiệu kích thích
Uv đặt ở đầu vào là sóng hình sin có tần số =2f :
Uv = Uvm.sint ở mạch anốt ngời ta dùng mạch dao động L1C là tải cho đèn.Tín hiệu lấy ra từ mạch dao động đợc ghép hỗ cảm qua cuộn L2 để đa ra tải Rt. Để nâng cao hiệu suất của mạch tạo sóng, ngời ta thờng cho đèn làm việc ở chế độ B hoặc C Gọi là góc cắt tín hiệu (Hình 1-5b) Thì ở mỗi chu kì của tín hiệu dòng điện ia chỉ tồn tại khoảng 2 ở chính giữa của nửa chu kì dơng Nh vậy ta đợc tín hiệu anốt là các sóng xung hình sin Dùng phơng pháp Furiê, ta phân tích dòng điện không hình sin ia thành tổng các dòng điện một chiều I0 và các sóng điều hoà (hình sin), tần số lần lợt là , 2, 3: i= Ia0 +I1sint +I2sin2t + (1.40) ở mạch dao động ta điều chỉnh tụ C để cộng hởng với tần số, f0 =f thì mạch ra ta lấy đợc thành phần hình sin với tần số cơ bản i1=I1msint=I1msin2ft, còn các sóng bậc cao do lệch cộng hởng, nên đợc lọc khỏi tín hiệu ra, thành phần một chiều Ia0 không cảm ứng qua L2
Nh vậy, bằng mạch dao động LC có tần số f0, bằng tần số nguồn tín hiệu vào Uv , ta sẽ lấy đợc sóng hình sin cùng tần số, tuy rằng có thể làm việc ở chế độ B hay C Đó là đặc điểm khác nhau giữa mạch tạo sóng ngoại kích với mạch khuếch đại thông thờng Đây là mạch khuếch đại đặc biệt.
Tỷ số biên độ giữa các sóng thành phần với biên độ sóng tổng gọi là quan hệ phân tích i Ta có thể chứng minh đợc rằng các công thức sau bằng Furiê:
I θ−sinθcosθ π(1−cosθ) (1.42) từ đó: I a 1
Công suất thiêu thụ ở mạch anốt.
P0 =Ia0.Uano=Uano.0Iam (1.44) Công suất hữu ích là công suất của tín hiệu ra bên sơ cấp (cuộn L1)
Công suất hữu ích trên tải: Pra =BA.P1 =BA
Hiệu suất tầng tạo sóng:
U an α 0 I am =0,5BAv ở đây v U am
U an Hệ số lợi dụng điên áp anốt.Vậy hiệu suất tỉ lệ với hệ số
, tức phụ thuộc vào góc cắt .
Ngời ta tính đợc rằng với góc cắt = 70 0 90 0 thì hiệu suất đạt cực đại, vào khoảng 0,6 0,7, nghĩa là nếu cho đèn làm việc ở chế độ B ( 0 ) hoặc chế độ C với 70 0 Chế độ làm việc của đèn do chọn tín hiệu áp Ucn quyết định.
1.3.1.2 Sơ đồ với nguồn cung cấp Để mạch phát sóng làm việc ở chế độ đã chọn cần cung cấp các điện áp
Uan, Ucn ở các trị số cần thiết Để cung cấp nguồn anốt, ngời ta thờng dùng sơ đồ cung cấp nối tiếp hoặc song song.
Hình 1-6 Sơ đồ cung cấp mạch anôt: a- nối tiếp; b- song song
Sơ đồ cung cấp nguồn anốt theo kiểu nối tiếp vẽ trên (hình 1-6a) Điện áp Uan mắc nối tiếp với mạch L1C Để ngăn không cho điện áp tín hiệu qua nguồn, ta dùng bộ lọc LC-C1 Cuộn cản sóng LC không cho tín hiệu xoay chiều qua nguồn, còn tụ thoát sóng Ct có trị số khá lớn, đủ tạo ra dung kháng khá nhỏ đối với dòng xoay chiều, và do đó toàn bộ tín hiệu xoay chiều đều thoát qua tụ Ct, mà không qua nguồn Uan Điều đó đảm bảo cho mạch làm việc ổn định và không làm giảm xung tín hiệu trong nguồn Trong sơ đồ này, mạch dao động L1C sẽ có điện áp dơng đối với đất
Sơ đồ nguồn anốt theo kiểu song song vẽ trên hình (1-6b) Nguồn Uan mắc song song với mạch L1C Cũng nh sơ đồ trên, mạch lọc C1-L làm nhiệm vụ ngăn tín hiệu xoay chiều qua nguồn cuộn LC làm nhiệm vụ cản sóng còn tụ
Ct dẫn tín hiệu đến mạch dao động, đồng thời ngăn cách thành phần 1 chiều (tức điện áp nguồn) đi vào mạch dao động.
Tụ C1 làm nhiệm vụ tụ thoát cao tần ở sơ đồ này, mạch dao động ngăn cách với điện áp cao áp một chiều, và coi nh nối đất về phơng diện một chiều Điều đó làm bảo đảm an toàn cho nhân viên điều chỉnh mạch, vì trong quá trình điều chỉnh phải thờng xuyên điều chỉnh tụ C cũng nh độ tự cảm và hỗ cảm cuả cuộng L1, L2 Mặt khác việc cách điện cho mạch dao động và các thiết bị ghép với nó sẽ đơn giản hơn nhiều so với sơ đồ nối tiếp.
Hình 1-7 Mạch thiên áp tự cấp
Tuy nhiên, sơ đồ song song cũng có nhợc điểm lớn, là hầu nh toàn bộ điện áp tín hiệu lấy ra ở mạch dao động đặt vào cuộn cản sóng LC, vì cuộn này đấu song song với mạch dao động về phơng diện xoay chiều Thực vậy tụ Ct coi nh ngắn mạch về phơng diện xoay chiều, còn nguồn Uan có điện trở trong nhỏ không đáng kể Bản thân cuộn cảm LC cũng có điện dung giữa các vòng dây, hình thành mạch dao động ở dải tần số cao, mạch dao động kí sinh này có thể phát sinh trạng thái cộng hởng, phá hoại chế độ làm việc bình thờng của mạch tạo sóng, gây khó khăn cho việc điều chỉnh máy ở sơ đồ nối tiếp, điện áp tín hiệu đặt vào LC chỉ là sụt áp trên Ct rất nhỏ, nên không mắc phải thiếu sót này Vì thế trong các bộ tạo sóng ngắn, ngời ta thờng dùng các sơ đồ nối tiếp Lúc này do sóng ngắn cho phép thu nhỏ kích thớc các linh kiện nên dễ thự hiện cách điện cho mạch dao động và đảm bảo an toàn cho nhóm nhân viên điều chỉnh.
Ngợc lại, ở bộ tạo sóng dài, ngời ta thờng dùng sơ đồ song song
Mạch cung cấp nguồn thiên áp lới Uan có thể dùng nhiều phơng pháp khác nhau, nh dùng một nguồn riêng cho mạch nắn điện riêng cung cấp, tạo thành nguồn thiên áp chung cho các đèn độc lập với nguồn anốt Uan, hoặc có thể dùng phơng pháp thiên áp tự cấp lấy từ nguồn Uan chung.
Hình 1-7a vẽ sơ đồ mạch điện áp tự cấp RC Điện trở R1 làm nhiệm vụ tạo ra thiên áp Uan, còn tụ C1 để nối tắt thành phần xoay chiều tránh gây ra hồi tiếp Muốn áp dụng sơ đồ này, thì đèn phải làm việc với một phần điện áp lới
1 4 dơng trên đặc tính động (hình1-7b) lúc đó xuất hiện dòng lới ở một phần của chu kì dơng điện áp vào dới dạng xung hình sin Cũng nh dòng ia dòng ic cũng phân ra tổng các thành phần dòng 1 chiều Ico và thành phần điều hoà ic1,ic2 m thành phần Ic0 qua điện trở R1 tạo ra điện áp định thiên Ucn:
Ucn =Ic0.R1 Điện áp này có chiều âm đối với lới, còn các thành phần điều hoà là tín hiệu xoay chiều xoay chiều sẽ thoát ra qua tụ C1
1.3.2 Mạch tạo sóng hình sin tự kích
Nh trên ta nghiên cứu mạch tạo sóng ngoại kích chỉ làm việc khi có tín hiệu Uv(hình 19a) Điện áp tín hiệu Ura có cùng tần số với tín hiệu vào ở mạch tạo sóng tự kích (hình 1-9b) các hoạt động có thể khác căn bản Tín hiệu kích thích Uv là một phần điện áp ra đợc hồi tiếp lại đầu vào Các hoạt động của mạch nh sau:
Giả sử thời điểm ban đầu mạch vào chịu tác dụng của một điện áp xung
Uv Tín hiệu này đợc khuếch đại qua đèn và lấy ra ở mạch anốt, thực chất là một mạch dao động f1
Mạch hồi tiếp lấy một phần tín hiệu ra đa trở lại đầu vào (hồi tiếp dơng)
U ' v=.Ura (1-46) ở đây là hệ số hồi tiếp Nếu trị số biên độ U ' v cùng chiều với điện áp Uv U ' v tiếp tục tạo kích thích mạch tạo sóng, sau khi tín hiệu ban đầu Uv không còn nữa và mạch tạo sóng sẽ liên tục để tạo tín hiệu Ura ở đầu ra
Hình 1-8 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo sóng ngoại kích (a) và tự kích (b)
Hình 1-9 Các kiểu ghép hồi tiếp trong mạch tạo sóng tự kích: a- ghép hỗ cảm; b- ghép điện cảm ba điểm; c- ghép hai mạch cộng hởng hỗ cảm; d- ghép điện dung ba điểm; e- ghép điện cảm điện dung; g- ghép hai mạch cộng hởng nối tiếp
Mạch tạo sóng đa hài
Bộ tạo sóng đa hài là các thiết bị điện tử tạo ra các xung điện áp hoặc dòng điện có dạng hình chữ nhật Chuỗi Furiê của sóng này chứa nhiều thành phần sóng hài nên có tên là sóng đa hài.
Trong thực tế, mạch tạo sóng đa hài có thể cấu tạo theo 2 cách :
Mạch đa hài làm việc ở chế độ tự dao động liên tục, và mạch đa hài làm việc nhờ sự kích thích của một xung ngoài (xung điện áp vào) Loại đầu là mạch đa hài tự dao động, còn loại sau là mạch đa hài đợi ở đây ta chỉ nghiên cứu loại mạch đa hài tự dao động.
Hình 1-14 là sơ đồ mạch tạo sóng đa hài tự dao động dùng đèn điện tử. Hai đèn Đ1 Đ2 là các đèn cùng loại có thông số giống nhau Các linh kiện 2 đèn cũng giống nhau, cụ thể là Ra1 = Ra2; C1 =C2; Rc1=Rc2 Điện áp ra có thể lấy trên anốt đèn Đ1 hoặc trên anốt đèn Đ2 hoặc cả 2 Lúc đó ta có mạch đa hài đối xứng Trờng hợp các linh kiện ghép 2 đèn khác nhau, mạch đa hài thuộc loại đa hài không đối xứng.
Hình 1-14 Sơ đồ mạch đa hài tự dao động dùng đèn điện tử
Sự hoạt động của mạch đa hài đối xứng đợc biểu diễn bằng đồ thị biến thiên điện áp và dòng điện nh hình vẽ
Giả sử tại thời điểm xét, một trong 2 đèn đang thông, chẳng hạn đèn Đ1 đang thông, 2 tụ C1 và C2 đang có điện tích Do đèn Đ1 thông, tụ C1 sẽ phóng điện theo trình tự (+C1)-Đ1-RC2-(-C1) Dòng điện phóng IP1 qua RC2 gây ra sụt áp UC2= IP1.RC2, làm lới đèn Đ2 có giá trị âm so với catốt, và đợc tính toán đủ lớn so với Uckh2, và đèn Đ2 bị khoá Lúc đó tụ C2 sẽ đợc nạp điện theo trình tự (+Uan) – Ra2 – C2 – (lới - ca tốt - Đ1)//Rc1 – (- Uan)(vỏ máy) Dòng điện nạp I2 qua điện trở Rck1// R1 gây ra sụt áp, và lới đèn Đ1 có thế dơng so với anốt, đèn Đ1 tiếp tục thông Nh vậy, kết cấu mạch đảm bảo cho 2 đèn Đ1 và Đ2 luôn ở trạng thái ngợc nhau: Đ1 thông thì Đ2 khoá, tơng ứng C1 phóng và C2 nạp và ngợc lại Đ2:
Do đèn Đ1 thông nên điện áp trên anốt ua1= uam-Ra1.ia1=ua10ta có trị số nhỏ Ngợc lại,hầu nh toàn bộ điện áp nguồn Uam đặt vào anốt – catốt đèn Đ2:
Trong quá trình phóng, tụ C1 giảm dần dòng phóng ip1, và đến lúc nào đó trị số ip1Rc2 = uc2 Iam tức thành phần một chiều lớn hơn biên độ của thành phần xoay chiều) Công suất đèn tiêu thụ lớn và do đó hiệu suet của mạch thấp, tối đa th- ờng không quá 30%.
2.3.2 Khuếch đại ở chế độ B (hình 2-7b) điểm làm việc A nằm ở đuôi của đờng đặc tính lới động, nên đèn chỉ thông trong nửa chu kì dơng của uv ở nửa chu kì âm, đèn bị khoá Nh vậy, dòng xoay chiều ia chỉ tồn tại ở nửa chu kì dơng Nếu t là thời gian dòng anốt biến thiên từ cực đại về không thì tích w1 gọi là góc cắt ở chế độ B, góc cắt 90 o
Khi đèn làm việc ở chế độ B, đoạn làm việc nằm trong phần cong cung của đờng đặc tính lới, nên độ méo lớn u điểm của nó là thành phần một chiều của dòng anốt Iao không tồn tại hoặc nếu tồn tại thì trị số rất bé Nên công suất đèn tiêu thụ nhỏ, hiệu suất khuếch đại cao, có thể tới 60-70%.
Nếu đèn làm việc với biên độ tín hiệu đầu vào Uvm nhỏ hơn điện áp định thiên U co
'' thì đoạn đặc tính làm việc nằm hoàn toàn về phía nửa âm của trục uc Khi đó, dòng điện lới không tồn tại Chế độ này gọi là chế độ B1 Ngợc lại, nếu Uvm > |U co '' | thì có lúc đèn làm việc với điện áp lới dơng, dòng điện lới xuất hiện Chế độ này gọi là chế độ B2.
2.3.3 Khuếch đại ở chế độ C (hình 2-7c) điểm làm việc A vợt ra ngoài đờng đặc tính lới động, nằm phía trái điểm cắt trục hoành của đặc tính Khi đó, điện áp định thiên U co
'' lớn hơn điện áp khoá đèn Đèn chỉ thông trong một phần của nửa chu kì dơng của tín hiệu. Dòng điện anốt chỉ tồn tại trong thời gian đèn thông Góc cắt < 90 o Vì thế, làm việc ở chế độ này, tín hiệu ra bị méo nhiều, nhng đèn đạt hiệu suất cao (tới 80% hoặc cao hơn).
Ngoài chế độ làm việc cơ bản trên, điểm làm việc A có thể nằm ở vị trí trung gian, và ta có các chế độ làm việc trung gian, điển hình là chế độ AB. Đó là trờng hợp điểm A nằm lệch về phía nửa dới đoạn thẳng đặc tính lới, nh- ng cha đến điểm cắt trục hoành Góc cắt trờng hợp này lớn hơn 90 o ở chế độ
AB, tín hiệu ít bị méo hơn chế độ B, và hiệu suất cao hơn chế độ A (tới 50-60%).
Khái niệm về khuếch đại điện áp
Các bộ khuếch đại điện áp gồm nhiều tầng khuếch đại hình 4-8 giới thiệu sơ đồ khối của mạch khuếch đại 4 tầng Các tầng để khuếch đại điện áp. Tầng cuối và đôi khi cả tầng trớc cuối để khuếch đại công suất.
Nhiệm vụ của các tầng khuếch đại điện áp là khuếch đại tín hiệu điện áp vào uv, thờng rất nhỏ, lên đến trị số cần thiết, để đa vào tầng khuếch đại công suất.
Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ khuếch đại nhiều tầng
1 và 2: tầng khuếch đại điện áp; 3: tầng khuếch đại trớc cuối;
Số lợng tầng khuếch đại điện áp quyết định kích thớc và giá thành bộ khuếch đại Số tầng này càng ít, bộ khuếch đại càng gọn nhẹ và giá càng hạ. Vì thế, tầng khuếch đại điện áp cần chọn đèn và sơ đồ phù hợp để đạt hệ số khuếch đại lớn mà số tầng lại ít. Để đảm bảo độ méo không đờng thẳng nhỏ, tầng khuếch đại điện áp th- ờng chọn làm việc ở chế độ A Mạch khuếch đại bằng đèn điện tử có thể ding đèn 3 cực, 4 cực hoặc 5 cực Vì tầng làm nhiệm vụ khuếch đại điện áp nên đợc tính toán với dòng điện và công suất ra nhỏ, tiêu thụ ít năng lợng của nguồn. Tuỳ theo cách ghép giữa các tầng, ngời ta phân ra nhiều loại mạch Phổ biến nhất là mạch khuếch đại đạt điện áp điện trở – tụ điện (gọi tắt là R-C) và mạch khuếch đại điện áp ghép biến áp.
Mạch khuếch đại điện áp ghép R-C
2.5.1 Mạch khuếch đại dùng đèn 3 cực
Hình 2.9 Sơ đồ mạch khuếch đại điện áp hai tầng ghép R-C
Mạch khuếch đại điện áp ghép R-C dùng đèn 3 cực đợc dử dụng rất phổ biến để khuếch đại các điện áp xoay chiều với dải thông tần từ vài héc đén 0,1 MHz và cao hơn Sơ đồ mạch khuếch đại hai tầng vẽ trên hình 2-9 Tầng thứ nhất có đèn 3 cực Đ1 , thiên áp bằng cặp RK1-CK1 điện áp định thiên là Uo = -
Iao.RK1 điện áp này quyết định chế độ làm việc của đèn Giả sử đa vào lới Đ1 điện áp tín hiệu uv, dạng hình sin Trong mạch anốt xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng anốt ia Dòng này tạo ra trên điện trở Ra một điện áp xoay chiều uva = ia.Ra1 điện áp này thông qua tụ CP1 đặt vào lới của đèn D2, cụ thể là đặt vào điện trở thoát lới R2 Nh vậy, điện áp ra của tầng trớc (D1) là điện áp vào của tầng sau (D2): ura1 = uv2 = K1.uv ở đây, K1 - hệ số khuếch đại của tầng 1.
Khi qua dèn Đ2, tín hiệu lại tiếp tụ đợc khuếch đại , và cuối cùng ta nhận đợc điện áp ở tàng hai:
Ura = ura2 = K2.uv2 = K2.K1uv (4-23) ở đây, K2 – hệ số khuếch đại của tầng hai.
Các điện trở Rc1 và Rc2 đa thiên áp Uca = - Iao.Rk vào các lới đèn và thoát các điện tử vớng voà lới có trị số lớn cỡ 0,1 – 1 M.
Các điện trở anốt Rr1, Rr2 làm nhiệm vụ là điện trở tải của các đnè Tạo ra các sụt áp Ura của mỗi tầng khuếch đại Trị số các điện trở này quyết định hệ số khuếch đại của mỗi tầng (xem công thứ 3-28) Đối với mạch dùng đèn 3 cực, điện trở anốt vào khoảng Ra = (2-5)Ri, và đạt trị số vài choc kilôôm
Tụ điện CP1 gọi là tụ phân tầng hay tụ nối tầng, tụ ghép Nhiệm vụ của tụ ghép là:
- Ngăn cách thành phần một chiều của điện áp anốt Uao = Ea.Iao.Ra từ đèn Đ1 tới đèn Đ2, để không làm ảnh hởng đến điện áp định thiên Uco của đèn Đ2 (cần chú ý là Uco cỡ vài ba vôn, còn Usocỡ hàng choc tới hàng trăm vôn) Vì thế, tụ CP1 đợc gọi là tụ phần tầng.
- Dẫn thành phần tín hiệu điện áp ra ura1 (thành phần xoay chiều) từ anốt đèn Đ1 tới lới đèn Đ2 để tiếp tục khuếch đại lên Vì thế tụ CP1 đợc gọi là tụ nối tầng Để tín hiệu ít bị tổn thất (sụt áp) trên tụ CP, trị số tụ này cần chọ đủ lớn, để dung kháng ứng với tần số làm việc nhỏ hơn điện trở lới Rc2 từ 10 đến 20 lần Có thể chọn theo công thức sau:
(4-24) Thờng tụ nối tầng có trị số khoảng 0,01 – 0,03F.
Hình 2.10 Sơ đồ tơng đơng đầy đủ của mạch khuếch đại hình 2.9 Để phân tích sự việc của mạch, tat hay sơ đồ nguyên lý hình 2-9 bởi sơ đồ tơng đơng hình 2-10 Khi đó, mỗi đèn khuếch đại đợc thay bởi nguồn có sức điện động .uv và điện trở trong R (xem mục b, 3-4, hình 3-22) Khi sử dụng sơ đồ tơng đơng Qua điện dung CP1, điện áp ra trên Ra1 đợc đặt vào điện trở vào R2 của tầng sau Ngoài ra, phải kể đến điện dung đầu ra của tầng trớc
CaK1, điện dung đầu vào của tầng sau CcK2 và điện dung dây nối tiếp lắp ráp mạch CM.
Trong khoảng tần số trung bình (200-2000Hz), dung kháng của C1 rất nhỏ so với Ra1, Rc2 lại mắc nối tiếp nên có thể bỏ qua Còn dung kháng của Co rất lớn(vì Co rất bé) so với Ra1, Rc2 lại mắc song song nên có thể bỏ qua Do đó ta có sơ đồ tơng đơng đơn giản vẽ trên hình 2-11.
Hình 2-11 Sơ đồ thay thế đơn giản của mạch khuếch đại tần số trung bình
Từ sơ đồ đơn giản, điện trở tơng đơng của mạch ngoài:
Hệ số khuếch đại của mạch ở tần số trung bình:
Qua đó ta thấy, ở tần số trung bình, hệ số khuếch đại không thay đổi theo tÇn sè. ở tần số cao, dung kháng của Co1 nhỏ và mắc nối tiếp Rc2 nên bỏ qua còn dung kháng của tụ Co cũng nhỏ, lại mắc song song với Rc2 nên không thể bỏ qua Do đó, tín hiệu ra từ Rc1 sẽ rẽ mạch một phần qua Co làm hệ số khuếch đại giảm Nói khác đi ở tần số cao, hệ số khuếch đại giảm khi tần số tăng. ở tần số thấp, dung kháng của Co1 và Co đều lớn Do Co mắc song song nên bỏ qua, còn Co1 mắc nối tiếp nên không thể bỏ qua Do đó, điện áp tín hiệu ra lấy trên Ra1 sẽ phân áp trên CP1 và Rc2 Tần số càng thấp, xcp1 càng lớn, điện áp rơi trên Cp1 càng lớn, điện áp đặt vào Rc2 (tức tín hiệu và tầng hai) càng
3 4 nhỏ, nên hệ số khuếch đại càng bé Nói khác đi, ở tần số thấp, hệ số khuếch đại giảm khi tần số giảm.
Mạch khuếch đại điện áp ghép R-C đợc sử dụng rất rộng rãi vì có những u điểm cơ bản nh: độ méo tín hiệu nhỏ, đặc tính tần số bằng phẳng, sơ đồ đơn giản, khối lợng và kích thớc nhỏ, giá thành hạ.
Khuyết điểm của sơ đồ này là sụt áp một chiều trên điện trở anốt Ua0 = Ia0.Ra, có trị số lớn, gây ra tổn hao năng lợng và cần tăng điện áp nguồn Ea để đảm bảo điện áp anốt Ua0 = Ea - Ia0.Ra, có giá trị cần thiết, nguồn Ea để đảm bảo điện áp anốt Ua0 = Ea - Ia0.Ra có giá trị cần thiết.
2.5.2 Mạch khuếch đại dùng đền 5 cực:
Tầng khuếch đại ding đèn 5 cực sẽ đạt đợc hệ số khuếch đại lớn hơn so với đèn 3 cực, vì của đèn 5 cực rất lớn Hình 2-12 vẽ sơ đồ khuếch đại điện áp hai tầng ghép R-C dùng đèn 5 cực Tất cả những lý luận trên đây đối với mạch ding đèn 3 cực đều áp dụng đợc cho đền 5 cực Riêng điện trở anốt, ở mạch dùng đèn 3 cực là Ra = (25)Ri , còn đèn ở mạch ding đèn 5 cực Ra (0,10,2)Ri.
Hình 2-12 Sơ đồ mạch khuếch đại ghép R-C dùng đèn năm cực
Các điện trở và tụ điện lới màn Rc21 và Cc21, chọn theo các điều kiện (4-
20) và (4-22) Điện trở lới màn vào khoảng vài trăm kilôôm.
Mạch khuếch đại điện áp ghép biến áp
ở mạch khuếch đại điện áp biến áp, mạch anốt của đèn tầng trớc mắc vào cuộn sơ của biến áp tầng BA1, còn cuộn thứ mắc vào mạch lới của tầng sau (h×nh 2-13).
Khi có tín hiệu xoay chiều Uv đặt vào lới đèn Đ1 dòng anốt xoay chiều xuất hiện đi vào cuộn sơ BA1 Do đó, bên cuộn thứ xuất hiện một điện áp xoay chiều đặt vào lứoi đèn Đ2 Đến lợt mình, dòng anốt xoay chiều của đèn Đ2 đi vào cuộn sơ BA2 và cảm ứng ra điện áp thứ cấp Ura.
Hình 2-13 Sơ đồ mạch khuếch đại điện áp hai tầng ghép biến áp
Cuộn thứ này đợc đa đến tải, hoặc mắc vào lới của tầng khuếch đại tiếp theo.
Khi nối tầng bằng biến áp, thì tụ phân tầng CP không cần đến nữa, vì giữa hai tầng chỉ liên hệ với nhau qua mạch từ Dòng anốt một chiều Ic0 của tầng trớc chỉ đi qua bên sơ cấp của biến áp, và vì là điện một chiều nên nó không cảm ứng điện áp sang thứ cấp Do đó, nó không ảnh hởng đến thiên áp
Khi sử dụng biến áp tầng để nối tầng, hệ số khuếch đại điện áp của mỗi tầng sẽ có thể lớn hơn hệ số khuếch đại tĩnh của đèn Vì dòng điện lới của đèn bằng không, điện trở tháot lới Rc khá lớn, nên biến áp coi nh làm việc không tải Để đơn giản, ta giả thiết dòng điện không tải của biến áp bằng không Do đó, dòng anốt bằng không Điện áp ra của tầng trớc:
W 1 = Ura.KBA = KBA .Uv Điện áp vào của tầng sau:
W 1 = Ura.KBA = KBA .Uv (4-26) Ë ®©y, KBA W 2
W 1 - hệ số biến áp của biến áp Hệ số khuếch đại của tầng là:
U v = .KBA (4-27) Nghĩa là, hệ số khuếch đại của tầng lớn hơn hệ số khuếch đại tĩnh KBA lần Hệ số biến áp nối tầng KBA không nên chọn quá 3-5, Nếu KBA chọn quá lớn thì sẽ tăng từ thông tản và điện dung kí sinh giữa các cuộn dây biến áp, và do đó sẽ là giảm trị số điện áp đặt vào tầng sau Uv2 và do đó giảm hệ số khuếch đại.
Sơ đồ tơng đơng tầng đầu của mạch khuếch đại ghép biến áp vẽ trên hình 2-11a Cũng nh trớc đây, đèn đợc thay bằng nguồn có sức điện động .Uv và điện trở trong Ri Biến áp đợc thay thế bởi sơ đồ tơng đơng gồm:
- Cuộn sơ cấp có điện trở r1, điện cảm Lt1
- Cuộn thứ cấp có điện trở r2, điện cảm Lt2 đã qui đổi về sơ cấp, nên có đánh dấu phẩy: r2 = r2/ K BA
2 ; L t2 ' =L t ' 2 /K 2 BA Ngoài ra, còn điện dung kí sinh C0 cũng đợc qui đổi về sơ cấp: C 0 ' =C 0 K 2 BA , và điện trở tơng đơng thứ cấp Ra ’ đã đợc qui đổi:
Hình 2-14 Sơ đồ tơng đơng mạch khuếch đại ghép biến áp: a- sơ đồ đầy đủ; b- sơ đồ ở tần số trung bình; c- sơ đồ ở tần số cao
- Mạch luyện từ đợc thay bằng điện cảm luyện từ L1. ở tần số trung bình, điện kháng xLt1 và xLt2 nhỏ, lại mắc nối tiếp, nên có thể bỏ qua Điện kháng xL1 và dung kháng xCo lớn, lại mắc song song, nên có thể bỏ qua Mạch điện tơng đơng đơn giản vẽ trên hình 4-14b Qua đó, hệ số khuếch đại ở tần số trung bình không phụ thuộc vào tần số. ở tần số cao, trị số điện kháng xL1 lớn, có thể bỏ qua Hai điện cảm Lt1 và Lt2 thay thế bởi điện cảm tổng L1 có trị số khá lớn, lại mắc nối tiếp nên không thể bỏ qua (hình 2-14c) Dung kháng xCo có trị số nhỏ, lại mắc song song nên không thể bỏ qua Khi tần số tăng lên, mạch vòng Lt và C0 có thể xuất hiện cộng hởng điện áp làm điện áp đặt vào C0 tăng bất thờng và làm tăng hệ số khuếch đại của mạch Đặc tính tần có dạng hình (2-15).
Hình 2.15 Đặc tính tần của mạch khuếch đại ghép biến áp Điện trở R2 ’ mắc song song với tụ C0 ở bên thứ cấp (hình 2-14a) sẽ giảm hệ số phẩm chất của mạch dao động và do đó, hạn chế đợc sự tăng hệ số khuếch đại K ở tần số cộng hởng Đặc tính tần nhờ vậy đợc cải thiện (đờng nét đứt trên hình 2-15). ở tần số thấp, khi tần số giảm xuống, điện kháng L1 giảm, nên dòng anốt tăng và do đó tăng điện áp sụt trên nội trở Ri của đèn, giảm điện áp đặt vào cuộn sơ cấp biến áp Do đó tín hiệu ra bị giảm Kết quả là ở tần số thấp, hệ số khuếch đại giảm khi tần số giảm, giống nh ở mạch ghép R-C. u điểm của mạch khuếch đại ghép biến áp là hệ số khuếch đại lớn, điện áp nguồn anốt yêu cầu nhỏ hơn so với mạch khuếch đại ghép R-C Khuyết điểm của nó là: méo tín hiệu lớn, kết cấu biến áp phức tạp, kích thớc và trọng lợng lớn, giá thành cao Vì vậy, mạch khuếch đại điện áp ít dùng cách ghép bằng biến áp.
Hồi tiếp trong mạch khuếch đại
Hồi tiếp là đa một phần tín hiệu (năng lợng) ở đầu của mạch khuếch đại về tác dụng lên đầu vào (hình 2-16) Mạch điện nối từ đầu ra tới đầu vào gọi là tín hiệu hồi tiếp uht Nếu uht đồng pha với điện áp tín hiệu uth, ta có hồi tiếp d- ơng Ngợc lại, nếu uht ngợc pha với uth ta có hồi tiếp âm Nếu tín hiệu hồi tiếp tỉ lệ với điện áp ra, ta có hồi tiếp điện áp, còn tỷ lệ với dòng điện ta.
Hình 2-16 Sơ đồ mạch khuếch đại có hồi tiếp
Hình 2-17a là mạch hồi tiếp điện áp Điện áp ra Ura, đặt vào phân áp R1-
R2 và tạo thành điện áp hồi tiếp Uht đa tới đầu vào:
Hình 4- 17b là mạch điện hồi tiếp dòng điện Dòng điện ra Ira sụt áp trên điện Rht, tạo thành điện áp Uht đa tới đầu vào:
Ngoài ra, ngời ta còn dùng hồi tiếp hỗn hợp (hình 4-17c) Điện áp hồi tiếp tỉ lệ với điện áp và dòng điện ra:
Hình 2-17 Sơ đồ mạch hồi tiếp điện áp (a), dòng điện (b) và hỗn hợp (c).
2.7.2 Tính chất của mạch khuếch đại có hồi tiếp:
Tỉ số giữa điện áp hồi tiếp và điện áp ra gọi là hệ số hồi tiếp ; βU= U ht
Các thông số của mạch khuếch đại đều khảo sát trên cơ sở so sánh điện áp tín hiệu Uth và điện áp ra Ura Khi không có hồi tiếp, UV=Uth, nên ta có:
- Hệ số khuếch đại khi cha có hồi tiếp:
- Điện trở vào khi cha có hối tiếp:
I V ở mạch khuếch đại có hồi tiếp, điện áp vào là tổng của điện áp tín hiệu
Uth và điện áp hồi tiếp Uht:
UV=UthUht= UthUra ở đây, dấu + ứng với hồi tiếp dơng, dấu - ứng với hồi tiếp âm.
Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp (kí hiệu Kht) sẽ là:
Từ đó, chia cả tử và mẫu cho UV, ta có:
(4-32) ở đây, dấu + ứng với hồi tiếp dơng, dấu - ứng với hồi tiếp âm.
Trờng hợp hồi tiếp âm:
Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp âm:
Vì 1+K> 1 nên Kht Kết quả là đờng đặc tính tần số khi có hồi tiếp âm sẽ bằng phẳng hơn, dải thông tần đợc mở rộng.
Hình 2- 18 Dải thông tần của mạch khuếch đại khi cha và khi có hồi tiếp
4 Giảm méo không đờng thẳng và méo pha của mạch khuếch đại Điều này có thể giải thích là do các thành phần sóng dài xuất hiện do méo không đ- ờng thẳng, quay trở về đờng hồi tiếp âm sẽ trở nên ngợc pha và bù trừ với tín hiệu vào, do đó, độ méo giảm đi nhiều, hoặc triệt tiêu hẳn.
Vì những u điểm cơ bản đó, nên hồi tiếp âm đợc sử dụng nhiều trong mạch khuếch đại để cải thiện đặc tính khuếch đại.
Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp dơng:
Ura ht=Ira Rra ht=K ht U th = K
Vì 1-KK, tức là khi có hồi tiếp dơng, hệ số khuếch đại tăng lên so với khi cha hồi tiếp Đặc biệt, nếu K=1 thì Kht, tức hệ số khuếch đại vô cùng lớn Khi đó, không cần có tín hiệu vào, mạch vẫn duy trì tín hiệu ra, và mạch khuếch đại làm việc ở chế độ tự động kích.
Hồi tiếp dơng tuy tăng hệ số khuếch đại, nhng đồng thời làm tăng độ không ổn định, giảm điện trở vào, tăng điện trở ra, giảm dải thông tần, tăng độ méo của mạch khuếch đại Vì thế, hồi tiếp dơng chỉ dùng khi thật cần thiết, nhằm tăng hệ số khuếch đại và độ chọn lọc của mạch, còn nói chung, ngời ta tránh để xảy ra hồi tiếp dơng Do sự ghép nối mạch, do các điện dung, điện cảm và điện trở ký sinh trong đèn, do các linh kiện và nguồn điện, mạch có thể xảy ra hồi tiếp dơng ngoài ý muốn Sự hồi tiếp này xuất hiện qua mạch ghép chung, nhất là qua nguồn cung cấp, qua các tụ điện, điện cảm ký sinh trong mạch.
Hình 2-19 Sơ đồ khuếch đại có bộ lọc nguồn Để ngăn ngừa hồi tiếp giữa các tầng thông qua nguồn cung cấp điện, ta có thể dùng mạch lọc điện trở- tụ điện (hình 4-19) ở sơ đồ này, mạch lọc RL-
CL mắc kiểu hình Điện trở mắc nối tiếp còn điện dung mắc song song. Thành phần xoay chiều của điệnn áp xuất hiện ở hai cực nguồn cung cấp sẽ bị tụ lọc CL nối tắt và sụt áp trên các điện trở lọc RL, do đó không hồi tiếp tới đầu vào của các tầng khuếch đại. Để mạch lọc đạt đợc hiệu quả, tụ CL phải có trở kháng đủ nhỏ so với RL trong dải thông tần, để sụt áp trên Cl đủ nhỏ, không gây ảnh hởng đến điện áp trên các lới đèn Điện trở RL ngoài tác dụng gây sụt áp xoay chiều, cũng sẽ gây lên sụt áp một chiều, làm giảm điện áp nguồn anốt đặt vào đèn Vì thế, RL cũng không đợc chọn quá lớn, và phải tăng điện áp nguồn cung cấp để bù sụt áp trên RL.
Thông thờng, trị số của RL vào khoảng (0,250,75)Ra và
2.7.4 Một số sơ đồ khuếch đại có hồi tiếp
1 Hồi tiếp dòng điện (2-20a) thờng đợc thực hiện bằng chính điện trở
Hình 2-20 Sơ đồ mạch khuếch đại có hồi tiếp âm dòng điện (a), âm điện áp (b) và hỗn hợp (c).
RK ở mạch catôt Khi bỏ tụ CK đi, thành phần xoay chiều ia của dòng anôt bắt buộc phải qua RK, gây ra sụt áp:
Uht=ia.RK Điện áp này cùng pha với dòng điện ia, tức cùng pha với tín hiệu vào ith. Trong mạch vào, ta thấy uht ngợc chiều với uth, nên điện áp đặt vào lới đèn là hiệu: u V =u th −u ht =u th −i a R K (4-37)
Nh vậy, ta đã thực hiện đợc hồi tiếp âm dòng điện.
2 Hồi tiếp điện áp: thờng thực hiện bằng mạch rẽ nhánh và phân áp Cht-
Rht-RC (hình 4-20b) Tụ hồi tiếp Cht chọn đủ lớn, để trong dải thông tần, trở kháng
1 ωC đủ nhỏ, có thể bỏ qua so với (Rht+RC) Điện áp ra khi đó đặt vào hai điện trở Rht và RC; phần đặt trên RC sẽ là:
R ht + R c = βUu ra Điện áp này đồng pha với ura nên ngợc pha với uv Điện áp đặt vào lới đèn sẽ là: u c =u v −u ht =u v −βUu ra (4-38)
Nh vậy ta đã thực hiện đợc hồi tiếp âm điện áp.
3 Hồi tiếp hỗn hợp: hình 4-20c vẽ mạch khuếch đại hai tầng có hồi tiếp hồn hợp Hồi tiếp âm dòng điện thực hiện bằng điện trở RK1 (bỏ CK1 đi) Hồi tiếp âm điện áp thực hiện bằng mạch phân áp Rht- RK1, qua tụCht để chặn thành phần một chiều, đa thành phần xoay chiều ura của điện áp ra đạt vào mạch hồi tiÕp.
Tầng khuếch đại công suất đơn
Tầng khuếch đại công suất thờng là các tầng cuối ở bộ khuếch đại nhiều tầng Nhiệm vụ của tầng này là đa một công suất ra phụ tải theo yêu cầu cho trớc, đồng thời đảm bảo hiệu suất cao Đối với một số thiết bị khuếch đại , còn yêu cầu độ méo nhỏ (nh trong các máy thu thanh, thu hình) Sở dĩ nh vậy là vì tầng khuếch đại công suất có dòng điện ra lớn, nên tiêu thụ năng lợng nhiều. Hiệu suất tầng này sẽ quyết định hiệu suất của bộ khuếch đại Mặt khác, tín hiệu điện áp đầu vào của tầng công suất đã đợc các tầng trớc khuếch đại lên nhiều lần, nên biên độ lớn, dễ vợt ra ngoài đoạn thẳng của đờng đặc tính, gây lên méo không đờng thẳng.
Hình 2-21 Mạch khuếch đại công suất đơn ghép biến áp (a), sơ đồ thay thế (b), và sơ đồ phụ tải (c) Tầng khuếch đại công suất có thể ding đèn ba, bốn hoặc năm cực, thông thờng dùng đèn bốn cực hớng chùm.
Trong đa số trờng hợp, để đảm bảo công suất ra lớn và độ méo nhỏ, cần phải tiến hành phối hợp trở kháng, và do đó, tầng khuếch đại công suất dùng khá phổ biến cách ghép bằng biến áp.
Sơ đồ mạch khuếch đại công suất tơng tự nh khuếch đại điện áp, chỉ khác ở các phần tử của si đồ và thông số các phần tử đó Để giảm méo đèn thờng làm việc ở chế độ A Hình 2-21 là sơ đồ đơn giản mạch khuếch đại công suất ghép biến áp, dùng đèn ba cực Rt là điện trở tải mắc ở cuộn thứ cấp của biến áp B, còn cuộn sơ cấp đấu vào mạch anôt CL là tụ lọc nguồn Các linh kiện còn lại nh các sơ đồ trớc Hình 4-21b là sơ đồ tơng đơng, trong đó, biến áp B đợc thay thế đơn giản bởi điện áp cuộn sơ cấp Rt, điện trở cuộn thứ cấp quy đổi R2, điện trở tải quy đổi Rt. Điện trở tải xoay chiều ở mạch anôt của đèn:
Từ điện trở này, ta vẽ đợc đờng phụ tải MAN trên hình 4-21c (xem 4-3b). Giả thiết là điện áp tín hiệu vào đã đợc khuếch đại đủ lớn để đèn làm việc trên toàn bộ đoạn bên trái của đờng đặc tính động Khi đó, Ucm=Uco, điểm làm việc tĩnh A nằm giữa đờng phụ tải: AM=AN.
Khi cha có tín hiệu vào, dòng anôt Ia=Iao, điện áp trên anôt Ua=Uo nếu bỏ qua sụt áp trên cuộn sơ cấp của biến áp B thì điện áp nguồn Uao coi nh đặt toàn bộ vào anôt: Uao=Uan.
Khi có tín hiệu vào, ở anôt xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng điện ia và của điện áp trên tải ua với ien độ là Iamvà Uam
Công suất xoay chiều đa vào sơ cấp của biến áp:
(4-39) ở đây, ta đã giả thiết là mạch có tính thuần điện trở, góc lệch pha giữa ia và ua bằng không.
Công suất da đến tải là công suất thứ cấp cuả biến áp:
(4-40) Hiệu suất của tầng khuếch đại: η= P ra
(4-41) ở đây, B là hiệu suất của biến áp. βU I = I am
I 0 là hệ số lợi dụng dòng điện anôt. βU υ = U am
U 0 là hệ số lợi dụng điện áp anôt.
Khi thực hiện lợi dụng toàn phần, tức khi Iam= Ia0, Uam=Uap thì 1 = =1, và hiệu suất tăng khuếch đại lớn nhất sẽ là:
Nếu coi biến áp là không tổn hao, B=1, thì: max=0.5 Đó là hiệu suất của tầng khuếch đại làm việc ở chế độ A Thực tế, hệ số lợi dụng dòng anôt =0,8~0,85, còn U=0,5~0,6, hiệu suất biến áp
B=0,8~0,9; nên hiệu suất của tầng khuếch đại vào khoảng 0,16~0,23 Nếu kể cả tổn hao ở mạch thiên áp, mạch nung đèn thì hiệu suất của tầng còn thấp hơn nhiều.
Công suất tiêu hao trên anôt của đèn:
Pa=P0-P1=(1-)P0=(1-)Ia0.Uan (4-42) Khi không có tín hiệu vào, =0, nên Pa đạt giá trị lớn nhất:
Pamax=P0= Ia0.Uan Để đèn làm việc bình thờng, công suất này phải nhỏ hơn công suất tiêu hao lớn nhất cho phép Pcpở anôt của đèn, do nhà sản xuất quy định:
Trên hình 2-21c, đờng nét đứt biểu diễn quan hệ: Ia.Ua=Pcp Đó là một hypecbon Khi tính toán toàn bộ đờng phụ tải MAN phải nằm dới đờng cho phép này. Để đảm bảo méo tín hiệu nhỏ, cần chọn điểm làm việc A ở điểm giữa của đờng phụ tải MN.
Vì coi mạch là thuần điện trở, nên coi điện trở xoay chiều của mạch anôt xác định theo định luật Ôm: Ra=Uam/Iam (4-44) Điện trở trong của đèn (xem tam giác MBC trên hình 3-21c):
R i =ΔUU a ΔUI a |U c =h ằng số=MC
2 I a max (4-45) ở đây, coi đờng đặc tính anôt là thẳng, nên điểm B trùng với điểm O và
Ua(M)=0 Biết Uamin=Ua0-Uam=Uan-Uam Gọi tỷ số =Ra/Ri là hệ số tải, ta có: α=R a
Từ đó ta có quan hệ giữa điệp áp xoay chiều và điện áp nguồn:
Công suất xoay chiều đa ra ở mạch anôt:
Thay Ra=.Ri, ta cã:
Từ biểu thức này ta có các nhận xét sau:
1 Công suất ra tỷ lệ nghịch với nội trở Ri Biết Ri=/S (3-11), nên muốn công suất ra lớn, cần chọn đèn có Ri nhỏ, tức có hỗ dãn S lớn và hệ số khuếch đại nhỏ Đèn công suất thông thờng có S=3~20mA/v và =1~10.
2 Công suất ra tỷ lệ với bình phơng điện áp nguồn anôt Uan Muốn tăng công suất ra, cần tăng điện áp nguồn trong giới hạn thích đáng (để đèn làm việc tốt) và không quá trị số cho phép (Uan≤PUa.max.cp) Thêng:
Uan=0,7~0,8Ua.max,cp (4-49) ở đây, Ua.max.cp là điện áp lớn nhất trên anôt, do nhà sản xuất quy định.
3 Công suất ra là hàm số của hệ số phụ tải Để tìm giá trị nhằm đ- a công suất ra đợc cực đại, ta lấy đạo hàm (4-48) theo và cho triệt tiêu: (P1)’=0
Kết quả, xác định đợc hệ số =2 ứng với công suất ra lớn nhất:
Vậy, muốn có công suất ra lớn nhất, cần chọn Ra=2Ri Nếu điện trở của tải vào khoảng gấp đôi điện trở trong của đèn, ta có thể mắc tải trực tiếp vào mạch anôt không cần qua biến áp (hình 4-22) Ngợc lại, nếu điện trở tải Ra nhỏ hơn nhiều so với Ri, ta phải mắc qua biến áp để tăng điện trở quy đổi về sơ cấp.
Gọi tỷ số biên áp kB= ω 1/ ω 2, điện trở quy đổi về thứ cấp là Rt’=kB 2.Rt.
Từ đó điện trở xoay chiều mạch anôt:
Ra=R1+R2’+Rt’ ¿ Rt’= kB 2.Rt
(vì R1 và R2’ là điện trở các cuộn dây sơ cấp, thứ cấp đã quy đổi, nhỏ hơn nhiều so với Rt’nên có thể bỏ qua).
Hình 2-22 Sơ đồ tầng khuếch đại công suất tải mắc trực tiếp. ở mạch anôt (a) và sơ đồ thay thế (b)
Biết Ra=Ri, suy ra tỷ số biến áp cần thiết: k B =√ αR R t i = √ 2 R R t i
Từ (4-11), thay Uam bởi (4-47) và coi Iam=Ia0 (=1) thì hiệu suất của tầng khuếch đại sẽ là: η=0,5η B α α+2 (4-52) ứng với trờng hợp phối hợp tải, =2, hiệu suất của tầng khuếch đại là:
đèn điện tử 3 cực
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động đèn 3 cực
3.1.1 Cấu tạo Đèn điện tử 3 cực (còn gọi là triôt điện tử) khác với đèn 2 cực là có thêm cực thứ 3 Cực này có cấu tạo dạng lới, gọi là lới điều khiển (gọi tắt là cực lới hay lới, đôi khi còn gọi là lới thứ nhất) Nh vậy, đèn 3 cực gồm có catôt-K, anôt-A và lới- C (hình 3-1) cũng đặt trong vỏ với độ chân không cao. Thông thờng, cực lới là các dây mảnh bằng vải vônfram, niken, môlipđen và các hợp kim của chúng, quấn bao lấy catôt trên các giá đỡ Cực lới ở gần catôt hơn so với anôt.
Hình 3.1 Sơ đồ đấu đèn điện tử 3 cực catôt nung gián tiếp
Hình 3.2 Sơ đồ đấu đèn điện tử 3 cực catôt nung trực tiếp
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên tắc mắc dây đèn 3 cực
Catôt đèn 3 cực cũng giống nh đèn 2 cực, có loại nung trực tiếp và gián tiếp Cấu tạo và kí hiệu qui ớc của đèn 3 cực vẽ trên hình 3-2.
Việc đa thêm cực lới vào đèn điện tử sẽ có tác dụng điều khiển dòng anôt, và làm cho đèn điện tử trở thành một dụng cụ có nhiều tính chất quí báu, có thể sử dụng để khuếch đại, tạo sóng, rơle v.v…) ghép nối theo một sơ đồ Vì thế, đèn 3 cực là loại đèn cơ bản trong hầu hết các mạch điện tử.
3.1.2 Nguyên lí hoạt động đèn 3 cực- tác dụng của lới Để đèn 3 cực hoạt động đợc, cần có 3 nguồn cung cấp: Nguồn điện nung UN, nguồn điện anôt Ea và nguồn điện áp lới Ec Thờng nguồn Ea và Ec có một điểm chung, coi là điện thế bằng không, từ đó xác định thế các điểm còn lại Hình 3-3 là nguyên tắc mắc dây đèn 3 cực ở đây có 3 nguồn điện riêng (Nguồn từ EN , Ea và Ec ) Trên thực tế, các nguồn cung cấp Ea và Ec đều lấy từ một nguồn duy nhất, qua các sơ đồ thích hợp ta sẽ xét ở chơng sau. ở đèn 2 cực, dòng điện tử từ K về A (tức dòng anôt Ua theo qui ớc đi A về K) chỉ chịu ảnh hởng của điện áp anôt (nếu coi điện áp trong UN là không đổi) Ngợc lại, trong đèn 3 cực, dòng điện tử cũng là dòng anôt) sẽ phụ thuộc cả vào điện áp anôt Ua và điện áp cực lới Uc Vì lới ở gần canôt hơn nhiều so với anôt, nên ảnh hởng của U c đến dòng mạnh hơn nhiều so với Ua, nghĩa là điện áp lới chỉ cần biến thiên nhỏ nhng đủ gây ảnh hởng đến dòng anôt, trong khi điện áp anôt cần phải biến thiên đủ lớn mới gây ra cùng một tác dụng tơng đơng Đó chính tác dụng khuếch đại của đèn Ta xét chi tiết ảnh hởng này trong các trờng hợp cụ thể sau đây.
Hình 3.4 Điện trờng và sự phân bố điện thế trong đèn ba cực ứng với các trờng hợp Uc khác nhau: a) Lới hở mạch b) Lới nối với catôt c) Lới nối với điện thế âm d)Lới có điện thế dơng so với catôt
1- Lới không lới tới nguồn, tức lới C không hở mạch với catôt K, đèn 3 cực tơng tự nh đèn 2 cực Sự phân bố điện áp Ua trong đèn gần nh đờng thẳng (hình 3- 4a) và khi đó lới sẽ có điện thế ứng với điểm C là điểm trên đờng phân bố điện thế giữa A-K Trong trờng hợp này, dòng điện lới I= 0, và dòng anôt bằng dòng catôt:
Dòng Ia khi đó sẽ phụ thuộc vào Ua theo định luật luỹ thừa 3 phần hai và đặc tính I = f (Ua) cũng giống nh ở đèn hai cực.
2- Lới nối với catôt, tức lới C nối tắt với K, Q = K Do thế điểm C tụt xuống, nên đờng phân bố điện áp trong đèn giữa anôt và catôt bị võng xuống. Nếu vẽ đờng phân bố điện áp dọc qua tiết diện vòng lới (đờng 1-1 trên hình 3- 4b) thì điện áp sẽ triệt tiêu tại điểm C (đờng 1 trên đồ thị) Nếu xét phân bố điện áp dọc theo đờng khe giữa các vòng lới (đờng 2-2) thì đờng phân bố cũng bị võng xuống ở khoảng giữa lới A-K Trong trờng hợp này, dòng điện lới I 0; I = IK = Ie và dòng anôt cũng phụ thuộc U với qui luật gần giống đèn hai cùc.
3- Lới có điện thế âm so với catôt, tức nguồn E có cực dơng nối tới K, cực âm nối tới C, U < 0 (vì coi K = o = 0, hình 3-3) Đây là chế độ làm việc thông thờng của đèn 3 cực Khi đó, đờng phân bố điện thế trong đèn sẽ bị võng xuống dới trục hoành, tuỳ theo mức độ âm của lới (hình 3-4c)
Do lới bị âm nên dòng điện tử catôt qua lới, tới anôt sẽ bị lới tác dụng lực đẩy ngợc lại, và giảm bớt tốc độ Một số điện tử có động năng nhỏ sẽ không qua đợc khe hở của lới và quay trở về catôt (hình 3-5a) Kết quả là dòng anôt bị giảm đi so với trờng hợp U= 0.
Hình 3.5 ảnh hởng của điện áp lới đến dòng điện tử trong đèn ba cực a) lới dới âm; b) lới khá âm; c) lới rất âm; d) lới dơng
Nếu lới bị âm nhiều hơn nghĩa là tăng trị số U0, nhng cực giữa nh trớc, thì lực của lới đầy điện tử trở lại catôt càng mạnh số điện tử qua đợc càng ít và dòng anôt nhỏ hơn trớc (Hình 3-5b).
Nếu lới bị âm thêm, thì đến mức độ nào đó toàn bộ điện tử đều bị lới đẩy trở lại phía catôt, dòng điện anôt Ua = 0, ta bảo đèn bị khoá (hình 3-5c). Điện áp lới lúc đó gọi là Điện áp khoá đèn, Uc kh.
4- Lới điện có thế điện dơng so với catôt, tức nguồn Ee có cực dơng nối với C, cực âm nối với K, Uc > 0, c > 0 Trong trờng hợp này, đờng phân bố điện thế sẽ đợc nâng lên chút ít ở vùng lân cận lới (hình 3- 4d) Do đó có điện thế dơng, nên có các lực hút điện tử Trong trờng hợp này, lới có tác dụng gia tốc điện tử, làm số điện tử qua lới về anôt đợc tăng lên, Ia tăng so với Uc = 0 (hình 3-5d) Ngoài ra, một số điện tử khi qua lới, vớng vào các vòng dây tạo thành một dòng điện lới, Ic 0 Ta có:
Ic + Ia = Ik = Ie (3-2) Qua việc phân tích trên, ta thấy khi thay đổi Uc, điện trờng giữa catôt lới thay đổi rất mạnh Đám mây điện tích không gian nằm ở giữa khoảng không catôt- lới.
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên tắc mạch khuếch đại dùng đèn ba cực
Vì thế khi U thay đổi ảnh hởng của nó đến dòng điện tử rất ít Ngợc lại, nếu U thay đổi, nó sẽ làm thay đổi dòng điện tử rất mạnh Nguyên nhân của hiện tợng này là do lới vừa ở gần catôt, lại vừa hình thành màn ngăn tĩnh điện giữa điện trờng A- K, nên làm giảm điện trờng này trong khoảng K-C, nh hình 3-4 đã minh hoạ rõ. Để thấy rõ tác dụng khuếch đại của đèn 3 cực, ta xét nguyên tắc mạch khuếch đại vẽ trên hình 3-6 Điện áp cần khuếch đại u, đợc mắc nối tiếp với nguồn Ec Khi u biến đổi điện áp lới uc = Ec + u, biến đổi theo Dòng anôt ia cũng biến thiên theo qui luật của uv nhng với trị số lớn hơn nhiều lần, nghĩa là tín hiệu đã đợc khuếch đại.
Đặc tính tĩnh của đèn 3 cực
Trong đèn 3 cực, dòng anôt Ia phụ thuộc vào hai điện áp anôt Ua và điện áp lới Uc Nếu giữ điện áp lới Uc cố định, thay đổi Ua để khảo sát sự biến thiên của Ia theo Ua, ta sẽ có đặc tính a nôt- anôt, thờng gọi tắt là đặc tính anôt Ng- ợc lại, nếu cố định Ua và khảo sát sự biến thiên của dòng anôt theo điện áp lới
Uc, ta sẽ có đặc tính a nôt- lới, thờng gọi tắt là đặc tính lới Ngoài ra, trong tr- ờng hợp, ta còn có thể xét quan hệ của dòng điện lới Ic với các điện áp.
Hình 3.7 Sơ đồ thí nghiệm lấy đặc tính tĩnh của đèm ba cực
Các đặc tính xây dựng với điều kiện các lợng biến thiên chậm, ta sẽ có đặc tính tĩnh Ngợc lại, nếu các lợng biến thiên nhanh, ta sẽ có đặc tính động. Để xây dựng các đặc tính tĩnh, ta mắc sơ đồ thí nghiệm đèn nh hình (3-
7) ở đây, điện áp anôt Ua đợc điều chỉnh bởi phân áp Ra, điện áp lới Uc đợc điều chỉnh bởi phân áp Rc và đổi cực tính nhờ cầu dao chuyển đổi Đ Các dụng cụ đo đảm bảo đọc đợc các trị số điện áp nung UN điện áp anôt Ua, điện áp lới Uc dòng a nôt Ia và dòng lới Ic Khi thí nghiệm lấy đặc tính, điện áp nung đèn UN đợc giữ không đổi ở trị số định mức.
Theo định nghĩa đã nêu trên, đặc tính anôt là quan hệ Ia = f (Ua) với điều kiện Uc và UN không đổi Nh vậy, ứng với mỗi điện áp Uc sẽ cho một đặc tính anôt ứng với các giá trị Uc khác nhau, ta sẽ có họ đặc tính anôt (hình 3-8a).
Hình 3.8 Dạng đờng đặc tính anốt (a) và đặc tính lới (b) của đèn ba cực: đờng nét đậm là đồ thị Ia, còn đờng nét đứt là đồ thị IC
Khi Uc = 0, thì đèn ba cực trở thành đèn hai cực, nên đặc tính anôt của đèn ba cực thực tế giống nh đèn hai cực, nghĩa là cũng tuân thủ theo qui luật luỹ thừa ba phần hai trong giai đoạn cha bão hoà Hình 3-8a vẽ đờng đặc tính anôt ứng với giai đoạn cha bão hoà Khi Ua, đủ lớn, đặc tính sẽ đạt tới dòng bão hoà Ia.bh + (đờng đứt trên hình 3-8a vẽ giai đoạn này).
Khi Uc có giá trị âm (chẳng hạn Uc = - 3V), nếu Ua còn nhỏ thì không đủ sức gia tốc điện tử vợt qua lới, dòng Ia = 0, đèn bị khoá Do đó, Ua cần tăng đến một giá trị gọi là điện áp mở đèn Ua mở, đèn mới thông, dòng Ia bắt đầu tăng Đờng đặc tính anôt trong trờng hợp này có dạng tơng tự nh trờng hợp trên, nhng đã đi về bên phải một đoạn bằng Ua.mở Điện áp lới Uc càng âm,
Ua.mở càng lớn, và đờng đặc tính anôt càng bị đi về phía phải.
Khi Uc có gía trị tăng dơng (chẳng hạn Uc = + 3V), lới điện có tác dụng gia tốc các điện tử phát ra từ canôt Nếu Ua = 0, thì các điện tử từ catôt bị hút về phía lới, sẽ vợt qua lới sang khoảng không giữa lới và anôt Tại đây, do
Uc>0, Ua = 0, điện tử bị hút trở lại lới, nên giảm dần tốc độ Do đó, hình thành một đám mây điện tích nằm giữa C-A, gọi là đám mây điện tích không gian thứ hai (để phân biệt đám mây điện tích không gian thứ nhất nằm giữa catôt và lới do catôt phát ra) Hình vẽ phía trên của hình 3- 8 mô tả các điện tích này Ngoài ra, một số điện tử vớng vào lới, tạo thành dòng điện lới Ic Khi Ua tăng, anôt sẽ hút các điện tử từ đám mây điện tích không gian thứ hai ở ngay gần anôt, nên dòng Ia tăng nhanh, và dòng Ic giảm nhanh (đờng nét đứt trên h×nh 3-8a).
3.2.2 Đặc tính lới. Đặc tính lới là đờng biểu diễn quan hệ Ia = f (Uc) ứng với Ua và UN không đổi Với mỗi giá trị điện áp anôt Ua có một đặc tính lới Tập hợp các đặc tính này lập thành họ đặc tính lới của đèn. ứng với mỗi trị số Uc đèn có một điện áp khoá Uc.kh làm cho Ia = 0 Đó là điểm cắt trục Uc của đờng đặc tính lới (hình 3-8b) Điện áp anôt Ua càng lớn thì Uc kh cũng càng lớn, và đờng đặc tính lới càng bị lệch về phía trái.
Khi vợt qua Uc kh dòng anôt Ia bắt đầu tăng theo sự tăng của Uc (lúc đầu lới giảm âm, qua 0 và sau đó tăng về phía dơng) Đầu tiên Ia tăng chậm theo
Uc Đờng đặc tính lới có một đoạn cong ngắn ban đầu và sau đó gần nh thẳng. Các đờng đặc tính lới ứng với các Ua khác nhau đều gần song song với nhau, và Ua càng lớn, đặc tính càng dịch về phía trái.
Khi Uc > 0, dòng điện lới bắt đầu xuất hiện, nên quan hệ Ic = f (Uc) chỉ có ở bên phải trục tung (đờng nét đứt trên hình 3-8b).
Hình 3.9 Họ đặc tính lới của đèn ba cực Đặc tính lới nên quan hệ giữa điện áp ở cực khống chế với dòng điện anôt, nên là một đặc trng rất quan trọng của đèn 3 cực Trên cơ sở đặc tính này ta sẽ xây dựng đặc tính động của đèn Cùng với đặc tính anôt, đặc tính lới- th- ờng đợc cho sẵn trong các sổ tay đèn Hình 3-9 là họ đờng đặc tính lới của một loại đèn 3 cực.
Nếu đèn có lới tha thì khả năng ngăn cản điện tử yếu, nên lới cần thật âm mới khoá đợc đèn Khi đó, đèn Uc.kh vớitrị số lớn, đờng đặc tính lới lệch nhiều về phía trái ta bảo đèn có đặc tính lới thiên trái Đoạn đờng đặc tính ở phía âm trục Uc của loại đèn này khá dài Nh ta biết, đèn ba cực thờng làm việc với Uc âm Do đó đèn có đặc tính thiên trái sẽ mở rộng phạm vi làm việc. Nhng do lới tha, nên ảnh hởng của Uc đến Ia sẽ yếu và tác dụng khuếch đại của đèn bị hạn chế, tức đèn có hệ số khuếch đại nhỏ.
Muốn tăng hệ số khuếch đại của đèn, ta phải đan lới dầy Khi đó, chỉ cần một điện áp lới âm ít cũng đủ khoá đèn, tức Uc kh có trị số nhỏ, và đờng đặc tính lới lệch ít về phía trái, ta bảo đèn có đặc tính lới thiên phải Phạm vi làm việc trên đờng đặc tính lới của loại đèn này bị thu hẹp.
Thông số tĩnh của đèn ba cực
Thông số của đèn ba cực là các hằng số liên tục giữa số gia (sự biến thiên) của dòng anôt, điện áp anôt và điện áp lới, và do đó chúng đặc trng cho tính chất của đèn Các thông số xác lập mối quan hệ giữa các lợng Ia, Ua và Uc biến thiên chậm gọi là các thông số tĩnh. Đèn ba cực có ba thông số cơ bản là hệ số khuếch đại tĩnh , nội trở Ri và độ dốc đặc tính lới S ngoài ra, còn dùng độ thẩm thấu D và hệ số phẩm chÊt G.
3.3.1 Độ dốc đờng đặc tính lới S. Độ dốc đờng đặc tính lới (còn gọi là hỗ dẫn) là tỉ số giữa dòng anôt với số gia điện áp lới: trong khi điện áp anôt giữ không đổi (hình 3-10):
S= ΔUI a ΔUU C với U a =h ằ ng số
Hình 3.10 Xác định hỗ dẫn của đèn ba cực trên đặc tính lới ý nghĩa: Nếu Uc = 1V thì Ia = S Vậy hỗ dẫn của đèn ba cực chính là lợng biến thiên của dòng anôt ứng với điện lới biến thiên đợc 1 V trong điều kiện điện áp anôt không thay đổi Nh vậy, hỗ dẫn càng lớn thì tác dụng điều khiển của lới đến dòng anôt càng lớn Lới quấn càng mau và càng gần catôt thì hỗ dẫn của đèn càng lớn Ngợc lại, lới quấn càng tha và càng ở xa catôt thì hỗ dẫn của đèn càng nhỏ Hỗ dẫn của đèn ba cực thờng trong khoảng 1 40 mA/ V, tuỳ loại đèn.
Xác định trên đờng đặc tính lới: Cách xác định đã trình bày trên hình 3-10.
Hỗ dẫn trung bình khoảng AB của đặc tính chính là độ nghiêng của đoạn AB:
S=ΔUI a ΔUU C =I a - I rSub { size 8{a} } '} over {U rSub { size 8{C} } −U C '=tgα
Nếu đoạn AB không thẳng mà là đoạn cong, thì ta vẽ tiếp tuyến với đ- ờng cong tại điểm xét Hỗ dẫn S chính là hệ số góc của tiếp tuyến.
Xác định trên họ đặc tính anôt:
Nếu sử dụng họ đặc tính anôt thì hỗ dẫn S đợc xác định nh trên hình 3-11.
Hình 3.11 Xác định thông số của đèn ba cực trên họ đặc tính anôt
Chẳng hạn, cần xác định hỗ dẫn ứng với Ua = Uc ’’= hằng số và Uc = Uc ’ đến Uc = Uc ’’ ta sẽ sử dụng hai đờng đặc tính anôt ứng với Uc ’ và Uc = Uc ’’.Trên trục Ua lấy Ua = Ua ’’, kẻ đờng song song với trục tung, cắt các đờng đặc tính anôt ở các điểm B và C Ta có Ia = Ia ’’ – Ia , = BC.
S=ΔUI a ΔUU C =ΔUI rSub { size 8{a} } - ΔI' rSub { size 8{a} } } over {ΔUI' rSub { size 8{a} } } over {ΔI' rSub { size 8{a} } } over {ΔUU C −ΔUU' C = ¯B¯C
Nội trở (điện trở trong) của đèn ba cực là tỉ số giữa số gia điện áp anôt với số gia dòng anôt ứng với điện áp lới giữ không đổi (Hình 3-12).
R i =ΔUU a ΔUI a với UC= hằng số (3.4)
Nghịch đảo điện trở trong gọi là điện dẫn trong Gi
G i = ΔUI a ΔUU a với UC= hằng số (3.5)
Thờng Ia tính bằng mA, Ua tính bằng V, nên đơn vị của điện trở trong là k và của điện dẫn trong là milismen (hay mA/V). ý nghĩa: Cho Ia = 1mA thì a Ri Vậy điện trở trong của đèn ba cực là độ biến thiến áp anôt cần thiết để làm biến đổi dòng anôt 1mA, trong tr ờng hợp điện áp lới không thay đổi Điện trở trong càng lớn thì ảnh hởng của điện áp anôt đến dòng anôt càng nhỏ.
Hình 3.12 Xác định nội trở đèn ba cực trên đặc tính anôt
Cũng nh hỗ dẫn S, điện trở trong R phụ thuộc vào kết cấu của đèn ba cực, và phụ thuộc vào điểm xác định trên họ đặc tính Trên đoạn thẳng của đ- ờnh đặc tính anôt, Ri có trị số không đổi, thờng vào khoảng 1 100 k,tuỳ theo loại đèn.
1 Xác định trên đờng đặc tính anôt: Cách xác định trình bày trên hình 3-12 Nội trở trung bình trong khoảg AB của đờng đặc tính chính là nghịch đảo độ nghiêng của đoạn AB:
R i =ΔUU a ΔUI C =U a - U rSub { size 8{a} } ''} over {I rSub { size 8{a} } −I a '=cotgβU=1 tgβU Điện dẫn trong chính là độ nghiêng của đoạn AB.
G i =ΔUI a ΔUU C =I a - I rSub { size 8{a} } '} over {U rSub { size 8{a} } −U a '=tgβU
Nếu đoạn AB cong thì ta vẽ tiếp tuyến với đờng cong tại điểm xét Khi đó, G chính là hệ số góc tiếp tuyến của đờng cong
2- Xác định trên họ đặc tính lới:
Nếu sử dụng họ đặc tính lới, ta xác định điện trở trong nh hình 3-13. Chẳng hạn cần xác định điện trở trong ứng với Uc = Uc ” = hằng số, và Ua biến thiên từ Ua ’ đến Ua ” Trên trục Uc lấy Uc = Uc ”, kẻ đờng song song với trục tung, cắt các đờng đặc tính lới ở các điểm B và C: Ta có Ia = Ia ’’ – Ia = BC.
Hình 3.13 Xác định thông số đèn ba cực trên họ đặc tính lới
R i =ΔUU a ΔUI a =U a - U rSub { size 8{a} } ''} over {I rSub { size 8{a} } −I a '=U a - U rSub { size 8{a} } ''} over { {overline { ital BC}} } } } {¿¿¿
3.3.3 Hệ số khuếch đại tĩnh
Hệ số khuếch đại tĩnh là tỉ số giữa số gia điện áp anôt với số gia điện áp lới cung gây ra một lợng biến thiên dòng anôt:
Hệ số khuếch đại là đại lợng không thứ nguyên, tức đơn vị của nó không có tên ý nghĩa của nó là để cùng gây ra lợng biến thiên dòng anôt là I a nh nhau, thì tác dụng của điện áp lới mạnh gấp lần điện áp anôt μ=ΔUU a ΔUU C với Ia= hằng số (3.6)
Hệ số khuếch đại càng lớn thì tác dụng của điện áp lới càng mạnh so với tác dụng của điện áp anôt. Đèn ba cực có hệ số khuếch đại tĩnh vào khoảng 4100, thờng là 1030.
Nghịch đảo của hệ số khuếch đại gọi là độ thẩm thấu D:
Hệ số này cho biết tác dụng của điện áp anôt đến dòng anôt nhỏ bằng bao nhiêu so với tác dụng của điện áp lới.
Nếu lới có cấu tạo càng mau và càng đặt gần catôt thì ảnh hởng điện lới càng mạnh, nên hệ số khuếch đại càng lớn, hệ số thẩm thấu càng nhỏ, vì điện tử càng khó vợt qua lới để đến anôt Ngợc lại, lới quấn càng tha và càng đặt xa catôt, thì điện tử càng dễ vợt qua lới để đến anôt, nên hệ số thẩm thấu càng lớn, hệ số khuếch đại càng nhỏ.
Hình 3.14 Điôt tơng đơng của đèn ba cực
Từ biểu thức 3-7 ta thấy tác dụng của điện áp anôt chỉ bằng D lần tác dụng của điện áp lới Nếu coi đèn ba cực nh một đèn hai cực có hai anôt A và
C, và thay thế bởi một anôt tơng đơng đặt tại vị trí cũ của lới (hình 3-14), thì tác dụng của anôt mới sẽ là tổng hợp của hai điện trờng, điện trờng của Uc và điện trờng của Ua đặt tại lới, có giá trị tơng đơng là D Ua Vậy điện áp tác dụng của đèn hai cực tơng đơng là:
Từ đó, ta có định luật luỹ thừa ba phần hai áp dụng cho đèn ba cực là:
Tầng khuếch đại đơn giản và thông số động
3.4.1 Sự khuếch đại tín hiệu qua đèn. ở trên, ta xét sự làm việc của đèn không có tải, và do đó, điện áp anôt và điện áp lới biến thiên độc lập với nhau.
Thực tế, đèn làm việc bao giờ cũng có tải Hình 3-16a vẽ sơ đồ mạch khuếch đại đơn giản có tải điện trở tải Ra mắc ở anôt Nguồn Ea để cung cấp
5 8 điện áp anôt, còn Ec để tạo ra điện áp âm trên lới Điện trở Rc gọi là điện trở thoát lới Nhiệm vụ của điện trở này là khi điện tử vớng vào lới, có thể thoát qua đó để về nguồn điện áp đầu vài uvđợc cộng với điện áp nguồn Ec đặt vào líi.
Ta xét qúa trình làm việc của đèn khu uv là một tín hiệu xoay chiều.
Hình 3.16 Sơ đồ mạch khuếch đại đơn giản (a), đồ thị điện áp trên lới (b), dòng anôt (c), điện áp trên tải Ra (d) và trên anôt (e)
Giả sử uv = 0 (không có tín hiệu vào) thì uv = -Ec ứng với trị số điện áp lới này, đèn có dòng điện anôt Ia0 phụ thuộc vào nguồn Ea, điện trở tải Ra, điện trở trong Ri (Ri phụ thuộc Ec)
Khi xuất hiện điện áp và uv là điện áp xoay chiều, uv = uc ’, thì điện áp l- ới là tổng đại số của Ec và uc ’: uc=-Ec+uc’ (3.14) ở nửa chu kỳ dòng u ’ clàm lới bớt âm (hình 3-16) và đạt giá trị tuyệt đối nhỏ nhất là -Ucmin = (E) + U ’ cmax ở nửa chu kì âm, u ’ clàm lới âm thêm, và đạt giá trị tuyệt đối lớn nhất là - Ucmax= - (Ec) – U ’ cm
Do sự biến thiên của uc nên dòng anôt sẽ biến thiên, và nh trên đã nói, chỉ một sự biến thiên nhỏ của uc cũng làm ia biến thiên khá lớn Kết quả, ta đ- ợc dạng biến thiên của ia vẽ trên hình 3-16c, và ia = Iao + i ’ a (3-15) Dòng anôt ia qua điện trử Ra sẽ gây sụt áp trên điện trở uR:
UR = iaRa = IaoRa + i ’ aRa = UR = u ’ a (3-16) Điện áp đặt vào anốt là hiệu của sức điện động nguồn Ea với sụt áp trên điện trở uR: ua = Ea – uR = Ea – (UR + u ’ a) = (Ea – UR) – u ’ a = Uao – u ’ a
(3-17) ở đây, Uao là thành phần một chiều của điện áp anôt. Đồ thị của uR và ua vẽ trên hình 3-16 d và e.
Nh vậy, điện áp trên anôt cũng biến thiên theo sự sự biến thiên của điến áp lới, và chế độ làm việc đó của đèn gọi là chế độ động Điện áp trên anôt có hai thành phần biến đổi (thành phần xoay chiều) (-u ’ a) Thành phần xoay chiều (-u ’ a ) chính là điện áp đầu vàp u v đã đợc khuếch đại qua đèn và gọi là điện áp ra u ra Nếu đèn làm việc trên đoạn thẳng của đờng đặc tính lới thì ura lặp lại dạng của uv với biên độ lớn hơn nhiều lần.
Nếu ta chỉ chú ý đền tín hiệu vào và ra đều là điện áp thì mạch đ ợc gọi là khuếch đại điện áp Ngoài ra, đèn còn thực hiện cả quá trình khuếch đại công suất, vì công suất đầu ra ia ura lớn hơn nhiều so với công suất đầu vào.
Từ đồ thị trên hình 3-16, ta thấy thành phần xoay chiều của dòng anôt i ’ a và điện áp trên điện trở u ’ a đồng pha với điện áp đầu vào u, còn điện áp ra ura = u ’ a biến thiên ngợc pha với u ’ c Nh vậy, tầng khuếch đại với tải là điện trở sẽ làm thay đổi pha của điện áp đi một nửa chukì hay 180 0 Nói khác đi, điện áp bị đảo pha qua mạch khuếch đại.
3.4.2 Đặc tính và thông số động của tổng khuếch đại đơn giản. ở chế độ làm việc động, uc biến thiên làm cả ia và ua biến thiên, và do đó, dòng ia phụ thuộc vào cả uc và ua Khi đó, quan hệ i a = (u a , u c ) đợc gọi là đặc tính động của đèn.
Ia = f (uc) với Ea = hằng số và Ra = hằng số (3-18)
Từ điều kiện Ea và Ra không đổi, khi ia biến thiên theo quan hệ ia biến theo ua trong điều kiện Ea và Ra không đổi gọi là đờng phụ tải anôt.
Từ sơ đồ 3-16, áp dụng định luật Kiêchôp II cho mạch anôt, ta có:
Ea – ua = iaRa (3-19) Rót ra: i a =E a −u a
(3.19a) Biểu thức (3-19) gọi là phơng trình đờng phụ tải Đó là phơng trình bậc nhất, nên đồ thị là một đờng thẳng, có độ dốc Để vẽ, ta chỉ cần xác định hai ®iÓm: §iÓm A cã ia = 0, ua = Ea, ®iÓm B cã ua = 0,
Hình 3.17 Đờng phụ tải động anôt Đờng đặc tính động có thể lập đợc bằng thí nghiệm Sơ đò thí nghiệm vẽ trên hình 3-18 Phân áp Rc để biến thiên uc, còn phân áp Ra để biến thiên Ua đặt vào mạch anôt khi thí nghiệm giữ điện áp nung và điện áp anôt Ua cố định Sau đó, thay đổi uc, đọc và ghi lại trị số ia, và qua đó lập đợc đờng đặc tính động.
Hình 3.18 Sơ đồ thí nghiệm để xác định đặc tính động
Hình 3.19 Đặc tính lới động và họ đặc tính lới tĩnh Đờng đặc tính động bao giờ cũng ít dốc hơn đặc tính tĩnh (hình 3-19). Điều đó đợc giải thích nh sau:
giới thiệu lò tôi cao tần
Sơ đồ nguyên tắc mạch tạo sóng cung cấp cho các lò cao tần
Hình 4-1 Sơ đồ nguyên tắc mạch tạo sóng cung cấp cho các lò cao tần
Nguyên tắc làm việc
Sơ đồ nguyên tắc mạch tạo sóng cung cấp cho các lò cao tần (nh hình vẽ bên ) là mạch gồm 4 khối:
Khối 1 là nguồn cung cấp gồm một Máy biến áp 3 pha ;
Khối 2 là khối nắn điện dùng điốt mắc theo sơ đồ cầu 3 pha;
Khối 3 là đèn phát sóng;
Khối 4 là là mạch dao động.
Khối 3 &4 tạo thành mạch phát sóng ở đây dùng sơ đồ nguồn cung cấp nối tiếp, ghép 3 điểm điện cảm Tụ Ct để dẫn tín hiệu, cuộn Lc để chặn tín hiệu trở lại nguồn Mạch L-C là mạch tạo thiên áp Cuộn Lg là cuộn gia nhiệt (cuộn của lò điện) Đồng thời dùng làm cuộn dây của mạch dao động Tần số của điện áp ra phụ thuộc vào Lg & Cg
Mạch tạo sóng này có thể đạt công suất từ (3-5)KW đến 60 và 100KW.
Tính toán thiết kế cải tạo lò
Cấu tạo và các thông số của đèn 3V-20T và đèn Y - 22A
Hình 1 Cấu tạo và đèn 3V-20T
* Các tham số cơ bản của đèn điện tử 3V-20T:
4 - tần số làm việc : 3V-20T = 15 MHz
5 - điện áp nung đèn : 3V - 20T = 14.5 V Đèn làm mát bằng nớc.
*Các tham số của đèn Y - 22A:
- Điện áp điện áp Anốt lớn nhất : 11,5 KV
- Điện áp điện áp khoá đèn : -600V
- Công suất tiêu tán lớn nhất ở Anốt : 30Kw
- Công suất tiêu tán lớn nhất ở lới : 600W
- Tần số công tác lớn nhất : 26 MHZ.
-Nhiệt độ cao nhất ở bầu đèn, chân đèn và ở chỗ hàn nối giữa thuỷ tinh và kim loại :150 o C.
- Phạm vi nhiệt độ môi trờng công tác : (5 - 60) o C
3 Tính toán máy biến áp cấp điện cho nung đèn
Khi lắp vào máy, chỉ cần tính toán lại hai thông số cấp điện sau :
Riêng điện áp khoá đèn , với mạch cũ là 3V- 20T Để lắp cho khoá đèn Y - 22A vẫn sử dụng đợc :
Với Máy biến áp cũ đang sử dụng:
* Dòng I mã cáp cho nung đền :47 A Qua kiÓm tra thùc tÕ :
Thiết diện lõi thép dẫn từ là : 8cm x 6cm = 48 cm.
Trong đó: - 45 đợc lấy theo kinh nghiệm lõi thép tốt.
- 48 là thiết diện lõi thép từ có cuộn dây quấn qua,tính bằng cm 2
Kiểm tra thực tế : cuộn thứ cấp đợc cuốn bên ngoài, số lợng : 15 vòng ( vậytheo với tính toán gần đúng ) Máy biến áp chỉ cần cuốn lại cuộn lại cuộn thứ cấp bằng 8 vòng.
Thiết diện dây : với dòng điện : 75A
Tra sổ tay kỹ thuật điện đợc thiết diện dây: S mm 2
Chọn dây dẹt (2.5 x8) dây bọc sợi amiăng.
4 Nguyên lý cấp nguồn cho sợi nung :
Với sợi nung đèn điện tử cần cấp điện từ từ Nếu tăng đột ngột quá, điện áp định mức sẽ tăng lên gây cháy đèn, đứt sợi nung Vì vậy sơ cấp của máy biến áp cấp cho sợi nung, dùng một biến trở dây cuốn có thể tăng hoặc giảm điện áp từ : ( 0 240 ) V
Hình3 Nguyên lý cấp nguồn sợi nung
Lắp bóng điện tử Y - 22A vào mạch, máy làm việc bình thờng Sản phẩm làm ra vẫn đạt yêu cầu kỹ thuật n= 45
5 Tính toán trở kháng vào ra
Hình 5 Mạch tơng đơng đèn ba cực
Trong đó: - : Hệ số khuếch đại của đèn
- Ri: Điện trở trong của đèn
Từ công thức: =Ri*S, suy ra:
Tại điểm 204, theo định luật Kichhop1, chiều dòng điện theo mũi tên: ta cã: Iht=IC+IV
Uht=UV, suy ra: Tổng trở vào: RV=1k
Chọn điện trở nh mạch hồi tiếp:
VËy ta cã: Iht=IC+IV=0,06+0,23=0,29A
Căn cứ vào các thông số đã tính toán ta có đờng đặc tính động: i a =E a
R a ia=0, suy ra: Ea=Ua,5kV
Hình 6 Đặc tính động từ họ đặc tính anôt
Nguyên lý cấp nguồn cho sợi nung
Với sợi nung đèn điện tử cần cấp điện từ từ Nếu tăng đột ngột quá, điện áp định mức sẽ tăng lên gây cháy đèn, đứt sợi nung Vì vậy sơ cấp của máy biến áp cấp cho sợi nung, dùng một biến trở dây cuốn có thể tăng hoặc giảm điện áp từ : ( 0 240 ) V
Hình3 Nguyên lý cấp nguồn sợi nung
Lắp bóng điện tử Y - 22A vào mạch, máy làm việc bình thờng Sản phẩm làm ra vẫn đạt yêu cầu kỹ thuật n= 45
Tính toán trở kháng vào ra
Hình 5 Mạch tơng đơng đèn ba cực
Trong đó: - : Hệ số khuếch đại của đèn
- Ri: Điện trở trong của đèn
Từ công thức: =Ri*S, suy ra:
Tại điểm 204, theo định luật Kichhop1, chiều dòng điện theo mũi tên: ta cã: Iht=IC+IV
Uht=UV, suy ra: Tổng trở vào: RV=1k
Chọn điện trở nh mạch hồi tiếp:
VËy ta cã: Iht=IC+IV=0,06+0,23=0,29A
Căn cứ vào các thông số đã tính toán ta có đờng đặc tính động: i a =E a
R a ia=0, suy ra: Ea=Ua,5kV
Hình 6 Đặc tính động từ họ đặc tính anôt
những điều cần lu ý khi sử dụng đèn
Các đèn phát làm việc có đảm bảo tốt hay không phần lớn phụ thuộc vào cách chọn đúng chế độ công tác cho đèn, điện áp nguồn cung cấp, trị số công suất tiêu tán ở anot và phơng thức làm nguội đèn có hiệu quả hay không.
Ta hãy lần lợt xem xét ảnh hởng của các yếu tố trên trong quá trình làm việc của đèn phát. Điện áp ở các cực, đặc biệt là cao áp, không đợc vợt quá trị số tới hạn cho phép dù chỉ là trong khoảnh khắc, vì nh vậy có thể gây ra đánh thủng giữa các cực đèn có độ chênh lệch điện áp lớn Nguyên nhân gây ra đánh thủng có thể là do độ chân không trong đèn đó kém đi, có phát xạ thứ cấp các chi tiết trong đèn (kể cả các chi tiết làm giá đỡ các cực) và có thể là do các chất cách điện dùng trong đèn cũng bị kém chất lợng Đặc biệt nguy hiểm là đánh thủng ở chỗ hàn nối giữa thuỷ tinh và kim loại tại đờng ra của các điện cực, vì có thể làm hỏng đèn ngay. Điện áp nung sợi không đợc vợt quá trị số lớn nhất cho phép, vì có thể làm cho đèn sớm mất khả năng phát xạ và sẽ tạo ra đờng dò điện ở bề mặt các chất cách điện trong đèn do hoạt chất ở bề mặt catôt bị bốc hơi mạnh Đối với các đèn phát có catôt bằng W, nếu tăng nhiệt độ catôt lên 50 0 C (khi nhiệt độ catôt trong khoảng 1700 0 C) thì có khả năng làm giảm tuổi thọ của đèn xuống 2,5~3 lần Khai thác đèn với điện áp nung sợi thấp hơn mức quy định có thể làm giảm phát xạ của catôt và có thể gây ra đánh thủng ở catôt (với dòng danh định). Điện trở khi nguội của các catôt bừng W trong các đèn phát thờng rất nhỏ so với khi catôt đợc nung nóng tới nhiệt độ công tác Vì vậy dòng nung sợi khởi động có thể lớn hơn dòng danh định tới mời lần hay hơn nữa Dòng khởi động lớn qúa có thể gây ra các lực cơ học tác động khá mạnh đến catôt và có thể phá hỏng catôt, do đó phải có biện pháp hạn chế tác hại này.
Nếu mạch nung sợi của các đèn lớn đợc cấp điện một chiều thì một đầu sợi nung có dòng chậy qua bằng tổng số của dòng nung sợi và dòng catôt, còn đầu kia của sợi nung có dòng chạy qua bằng hiệu số của dòng nung sợi và dòng catôt, đầu này sẽ nguội hơn đầu kia Vì vậy, để đảm bảo tuổi thọ của đèn thì cứ sau 150-200h làm việc cần phải đổi chỗ đấu vào nguồn cung cấp cho sợi nung của đèn.
Rất nhiều thông số của thiết bị vô tuyến điện phụ thuộc vào mức ổn định của điện áp nguồn cung cấp Để nâng cao tính ổn định và tăng tuổi thọ của đèn, khi thiết lập các mạch điện cần phải có các biện pháp tự động ổn định chế độ công tác và nguồn cung cấp cho đèn. Đối với đèn bốn cực có lới chắn, cần lu ý là có thể xẩy ra hiệu ứng đinatron và có thể gây ra dao động ký sinh hoặc đánh thủng trong đèn Vì vậy khi dùng đèn trong chế độ có dòng đinatron cần phải cung cấp cho lới chắn g2 một nguồn riêng, nguồn này có điện trở trong nhỏ hoặc bằng điện áp lấy từ một bộ phân áp.
Khi dùng đèn phát trong các tầng khuếch đại âm tần, khuếch đại thị tần,khuếch đại cao tần có điều biến lới thì nên cung cấp cho lới điều khiển g1 và l-
7 2 ới chắn g2 bằng nguồn ngoài cố định Nếu dùng đèn trong tầng khuếch đại có điều biến lới g2 thì nguồn cung cấp cho lới g2 nên dùng nguồn cố định, còn thiên lới cho lới điều khiển g1nên dùng kiểu tự cấp.
Công suất tiêu tán ở các điện cực trong đèn là một thông số quan trọng nhất quyết định tuổi thọ và độ bền của đèn phát Nếu công suất tiêu tán ở lới vợt quá mức quy đinh có thể làm cho lới bị nóng quá (vì bị các điện tử bắn phá) và vì vậy có nhiều khả năng phát sinh dòng nhiệt phát xạ từ lới Đặc biệt nguy hiểm là đối với lới điều khiển trong đèn kim loại- gồm các đèn mà khoảng cách giữa các điện cực nhỏ, khi bị nóng quá mức (dù chỉ trong thời gian ngắn) lới có thể bị biến dạng và gây ngắn mạch giữa các cực trong đèn
Công suất tiêu tán ở lới điều khiển khi không có hiệu ứng đinatron có thể tính gần đúng theo công thức sau: Pg=Ugx.Ig.
Trong đó: Ugx: điện áp xung kích thích ở lới; Ig: thành phần một chiều của dòng lới.
Khi tính toán công suất tiêu tán trên lới g2 cần lu ý là trong sơ đồ lới nối đất có thành phần cao tần của lới chắn g2 do giữa g2 và catôt có điện áp xoay chiều Công suất này tính theo công thức: Pg2=Ukt.Ig2/2.
Trong đó: Ukt: biên độ điện áp kích thích; Ig2: sóng cơ bản của lới g2.
Nếu công suất tiêu tán ở catôt vợt quá mức quy định thì có thể làm bay ra các khí sót trong đèn và do đó độ chân không của đèn bị xấu đi đáng kể. Công suất tiêu tán ở anôt thờng vợt quá trị số quy định khi điều chỉnh máy phát hoặc khi gánh của mạch (thí dụ anten) không đợc phối hợp đúng Vì vậy, khi tiến hành điều chỉnh máy phát, phải đảm bảo điện áp cung cấp và điện áp kích thích để giảm công suất ra còn khoảng 30%-50%.
Khi chọn đèn phát để dùng, không nên chọn theo công suất ra lớn nhất mà nên chọn theo công suất ghi trong tiêu chuẩn đảm bảo tuổi thọ của đèn. Cũng cần lu ý là khi điện áp cung cấp biến động thì công suất ra cũng biến động Vì vậy, nên dành khoảng 20-30% mức công suất danh định để dự trữ. Khi phải dùng đèn đấu song song để đạt đợc công suất yêu cầu, cần lu ý không đợc dùng tới mức công suất tới hạn của đèn, nhất là khi dùng thiên áp cố định Để phân bố gánh đều cho mỗi đèn, nên đấu ở mạch catôt của mỗi đèn một điện trở để tạo một phần thiên áp kiểu tự cấp.
Tần số làm việc của đèn không đợc vợt quá trị số cho phép của mỗi đèn. Nếu cho đèn làm việc với tần số cao hơn mức cho phép thì sẽ dẫn tới các hậu quả không tốt sau đây:
1- Chế độ nhiệt của đèn không đảm bảo vì tổn hao cao tần sẽ tăng lên ở các điện cực trong bầu đèn và ở các đầu ra ở các điện cực của đèn Lới đèn và chỗ nối giữa kim loại và thuỷ tinh khi bị nung nóng qúa sẽ tạo ra những lực căng cơ học tác động cục bộ, tạo nên những vết nứt rạn làm cho độ chân không của đèn giảm đi và có thể làm hỏng đèn Tổng nhiệt l- ợng toả ra ở chỗ hàn giữa kim loại và thuỷ tinh và ở chỗ đờng ra của các điện cực tỷ lwj thuận với tần số theo quy luật hàm số mũ bậc 2,5 và với điện áp giữa anôt và lới theo quy luật bình phơng.
2- Làm giảm các tham số ra của đèn (công suất, hiệu suất) vì đã làm tăng góc của quãng vợt của điện từ.
3- Làm tăng khả năng tự kích của đèn vì làm tăng tác dụng ký sinh trong đèn. Để đảm bảo chế độ nhiệt của đèn, ngời ta dùng một trong ba phơng pháp làm nguội cỡng bức: bằng gió, bằng nớc và làm nguội bằng nớc bốc hơi.
- Làm nguội bằng gió là phơng thức đơn giản nhất và có thể giảm nhiệt độ anôt xuống tới 250 0 C Khi dùng đèn với phơng thức làm nguội này cần lu ý ®iÓm sau:
Không khí làm nguội phải khô và sạch Nếu bị nớc hay dầu lọt vào ống dẫn gió có thể làm hỏng đèn vì nớc hoặc dầu đợc thổi tới và đọng lại trên thuỷ tinh Lợng gió làm nguội không đợc nhỏ hơn mức quy định Luồng không khí thồi vào làm nguội bầu thuỷ tinh và chân đèn phải hớng sao cho nhiệt độ trên bầu thuỷ tinh không đợc vợt quá 150 0 C ở bất kỳ điểm nào và cũng không đợc để có những vùng trên mặt thuỷ tinh có nhiệt độ chênh lệch nhau đột ngột. Nếu đặt mô tơ quạt gió ở gần đèn thi phải có biện pháp chống rung động.