Lịch sử phát triển công nghệ điện tử
Trình bầy được lịch sử phát triển công nghệ điện tử
Các cấu kiện bán dẫn như diodes, transistors và mạch tích hợp (ICs) hiện diện rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày, từ Walkman, TV, ôtô cho đến máy giặt, máy điều hòa và máy tính Những thiết bị này ngày càng được cải tiến về chất lượng trong khi giá thành ngày càng trở nên hợp lý hơn.
PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này
Nhân tố chính cho sự phát triển thành công của ngành công nghiệp máy tính là việc chế tạo transistor ngày càng nhỏ nhờ vào các kỹ thuật và kỹ năng công nghiệp tiên tiến, từ đó giúp giảm giá thành và công suất.
- 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”)
- 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”)
- 1906 Lee de Forest (“Triode”) Vacuum tube devices continued to evolve
- 1955 First field effect transistor – FET
- 960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng
- 1961 First commercial Ics Fairchild and Texas Instruments
- 1963 First PMOS IC produced by RCA
- 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor
PHÂN LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ
Phân loại dựa trên đặc tính vật lý
Linh kiện điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề mặt, bao gồm các thành phần như điện trở bán dẫn, diode, BJT, JFET, MOSFET và điện dung MOS Các IC này có thể được phân loại từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI.
Linh kiện quang điện bao gồm quang trở, photodiot, pin, APD, CCD, và các linh kiện phát quang như LED và LASER Ngoài ra, còn có các linh kiện chuyển hóa năng lượng quang điện như pin mặt trời và các linh kiện hiển thị.
Linh kiện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến, bao gồm các loại như sensor nhiệt, điện, từ, hóa học, cùng với sensor cơ, áp suất, quang bức xạ và sinh học Các loại cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập và xử lý thông tin từ môi trường xung quanh.
IC thông minh dựa trên cơ sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo sensor
Linh kiện nano hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và các hiện tượng mới, bao gồm bộ nhớ một điện tử, transistor một điện tử, giếng và dây lượng tử, cùng với linh kiện xuyên hầm một điện tử Những linh kiện này được chế tạo với cấu trúc siêu nhỏ, mang lại tiềm năng đột phá trong công nghệ điện tử.
Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu
Hình 1.: Phân loại linh kiện dựa trên chức năng xử lí tín hiệu
Phân loại theo ứng dụng
Vi mạch và ứng dụng: (hình 2; hình 3)
- Memory chips: RAM, ROM, EEPROM
- Analog: Thông tin di động, xử lý audio/video
- Embedded systems: Thiết bị ô tô, nhà máy, Network cards System-on-chip (SoC)
Hình 2: Ứng dụng của vi mạch
Hình 3 : Ứng dụng của linh kiện điện tử
Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET,
MOSFET… Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự,
IC số, Vi xử lý… Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển
Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang
GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ
Chất cách điện (chất điện môi
- Định nghĩa: Là chất dẫn điện kém, là các vật chất có điện trở suất cao
(107 ÷1017Ω.m) ở nhiệt độ bình thường Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ
Tính chất ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của linh kiện
- Các tính chất của chất điện môi
- Độ thẩm thấu điện tương đối (hằng số điện môi - ε)
- Độ tổn hao điện môi (Pa)
- Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t)
- Dòng điện trong chất điện môi (I)
- Điện trở cách điện của chất điện môi
Chất dẫn điện
Chất dẫn điện là vật liệu có độ dẫn điện cao với trị số điện trở suất khoảng 10-8 đến 10-5 Ωm, thấp hơn so với các loại vật liệu khác Trong tự nhiên, chất dẫn điện có thể tồn tại dưới dạng chất rắn như kim loại, chất lỏng như kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân, hoặc chất khí trong điện trường cao.
Các tính chất của chất dẫn điện
- Hệ số nhiệt của điệntrở suất(α)
- Công thoát của điện tử trong kim loại
Vật liệu từ
Định nghĩa: Vật liệu từ là vật liệu khi đặt vào trong một từ trường thì nó bị nhiễm từ
- Các tính chất đặctrưng cho vậtliệutừ
- Từ trở và từ thẩm
LINH KIỆN THỤ ĐỘNG
ĐIỆN TRỞ
1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
1.1.1 Ký hiệu a Định nghĩa Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện b Đặc điểm Để đạt được một giá trị dòng điện mong muốn tại một điểm nào đó của mạch điện hay giá trị điện áp mong muốn giữa hai điểm của mạch người ta dùng điện trở có giá trị thích hợp Giá trị của điện trở không phụ thuộc vào tần số dòng điện, nghĩa là giá trị điện trở không thay đổi khi dùng ở mạch một chiều cũng như xoay chiều c Ký hiệu và đơn vị
- Ký hiệu: Đơn vị của điện trở: ; K; M
Hình 1.1 Điện trở cố định (Điện trở có giá trị điện trở cố định)
Hình 1.2 Các loại điện trở biến đổi ( Điện trở có giá trị điện trở thay đổi ) d Các tham số kỹ thuật đặc trưng của điện trở
- Trị số của điện trở là tham số cơ bản yêu cầu phải ổn định, ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm…
- Trị số của điện trở phụ thuộc vào tính chất dẫn điện và kích thước của vật liệu chế tạo ra nó
Trong đó: R: Điện trở của một vật dẫn
: Điện trở suất của vật dẫn chế tạo điện trở l: Chiều dài của vật dẫn
S: Tiết diện mặt cắt của vật dẫn
* Dung sai ( sai số ) của điện trở:
Dung sai của điện trở thể hiện mức độ chênh lệch giữa giá trị thực tế và giá trị danh định, được tính theo phần trăm (%).
- Sai số % gồm các cấp: 1%, 2%, 5%, 10% và 20%
- Công suất danh định là cường độ dòng điện tối đa chạy qua điện trở mà không làm điện trở nóng quá PR 2P
- Công suất của điện trở được nhà chế tạo qui ước thay đổi theo kích thước lớn hay nhỏ với trị số gần như đúng như sau:
+ Công suất 1W có chiều dài 1,2cm
+ Công suất 2W có chiều dài 1,6cm
+ Công suất 4W có chiều dài 2,4cm
Những điện trở có công suất lớn hơn thường là điện trở dây quấn
Có 5 loại điện trở chính là:
- Điện trở than ép dạng thanh
- Điện trở màng kim loại
- Điện trở oxit kim loại
1.1.3 Cấu tạo a Điện trở than ép dạng thanh
* Cấu tạo: Được chế tạo từ bột than với chất liên kết nung nóng hoá thể được bảo vệ bằng một lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn
Hình 1.3 Cấu tạo điện trở than ép dạng thanh
+ Điện trở này thường được chế tạo với cụng suất cỡ ẳ W đến 1 W với giỏ trị từ 1/20 đến
+ Rẻ tiền tuy nhiên có nhược điểm là tính ổn định kém khi nhiệt độ thay đổi sẽ gây ra dung sai b Điện trở màng kim loại
Chế tạo theo cách kết lắng mằng Ni-Cr (Niken-Crôm) trên thân gốm có xẻ rãnh xoắn sau đó phủ lớp sơn
Hình 1.4 Cấu tạo điện trở màng kim loại
Loại này có độ ổn định cao hơn loại than nhưng giá thành cao hơn vài phần c Điện trở oxit kim loại
Hình 1.5 Cấu tạo điện trở oxit kim loại Kết lắng màng oxits thiếc trên thanh SiO2
Điện trở dây quấn có khả năng chịu nhiệt độ và độ ẩm cao, với công suất danh định đạt ẵ W Loại điện trở này được sử dụng khi yêu cầu về độ tin cậy và độ ổn định là rất cao.
Vật liệu làm điện trở là dây quấn hợp kim được quấn trên lõi làm vật liệu
Thường dùng khi yêu cầu giá trị điện trở rất thấp hay yêu cầu dòng điện rất cao, công suất 1W đến 25W Sai số nhỏ lên giá thành đắt
Hình 1.6 Cấu tạo điện trở dây quấn
1.2 Cách đọc, đo và cách mắc điện trở
1.2.1 Cách đọc điện trở a Biểu thị giá trị điện trở bằng số và chữ: Đọc trực tiếp trên thân diện trở có ghi rõ trị số và đơn vị R
- Chữ E, R ứng với đơn vị
- Chữ K ứng với đơn vị K
- Chữ M ứng với đơn vị M
- Trị số trước đơn vị sau:
- Đơn vị xen giữa trị số
Ví dụ: Đọc các điện trở sau: 15R, 1M5, K22 → Điện trở lần lượt có giá trị là
R = 15 ; 1,5M; 0,22 K b Biểu thị giá trị diện trở theo mã thập phân:
Vì điện trở có giá trị nhỏ, việc ghi chép nhiều số và đơn vị trở nên khó khăn Để đơn giản hóa, người ta thống nhất sử dụng đơn vị là ôm (Ω) và chỉ ghi một số có ba chữ số.
- Hai số đầu là 2 số của trị số điện trở
- Số thứ 3 là số các chữ 0 thêm vào tiếp theo bên phải của hai số trước c Biểu thị trị số điện trở bằng các vạch màu:
Thông thường, giá trị điện trở được biểu thị bằng 3, 4 hoặc 5 vòng màu Để đọc giá trị của điện trở theo mã màu, cần tuân thủ bảng quy ước mã màu quốc tế.
Bảng 2.1 Quy ước mã màu quốc tế
+ Vòng 1: nằm ở sát đầu điện trở chỉ số thứ nhất: (V1)
+ Vòng 3: bội số (vòng biểu thị số luỹ thừa của 10): (V3)
+ Sai số mặc định là 20%
Ví dụ: Đọc điện trở có các vòng màu lần lượt như sau: Đỏ: vòng 1 Đỏ: vòng 2 Đỏ: vòng 3
Do đó giá trị của điện trở này là:
+ Vòng 1,2: là vòng giá trị (V1,V2)
+ Vòng 3: là vòng luỹ thừa của 10 (V3)
+ Vòng 4: là vòng sai số (V4)
Ví dụ ứng dụng 1: Đọc điện trở có các vòng màu lần lượt như sau: Đỏ: vòng 1 Đỏ: vòng 1 Đỏ: vòng 2 Đỏ Đỏ Đỏ Đỏ
- Do đó giá trị của điện trở này là:
+ Vòng 1,2,3: là vòng giá trị (V1, V2, V3)
+ Vòng 4 : là vòng biểu thị số luỹ thừa của 10 (V4)
+ Vòng 5 : là vòng sai số (V5)
Ví dụ ứng dụng 2: Đọc điện trở các vòng màu lần lượt như sau:
Xanh dương: vòng 2 Đen : vòng 3 Đỏ: vòng 4 Vàng : vòng 5
- Do đó giá trị của điện trở này là:
Ví dụ ứng dụng 3: Đọc các điện trở có các vòng màu lần lượt như sau:
R2: xanh dương, xám, nâu, vàng kim
R3: nâu, đen, đen, đỏ, đỏ
Vòng 1 là vòng gần mép điện trở nhất, tiếp theo là vòng 1, 2, 3 Điện trở 5 vòng màu có độ chính xác cao hơn so với điện trở 4 vòng màu và điện trở 3 vòng màu.
1.3 Cách đo điện trở a Cách đo điện trở cố định (R):
Để đo điện trở bằng đồng hồ vạn năng, trước tiên hãy đặt thang đo ở vị trí ôm Tiếp theo, điều chỉnh không que đo và kết nối hai đầu que đo vào hai đầu của điện trở Giá trị điện trở sẽ được tính bằng cách nhân thang đo với chỉ số hiển thị trên thang đọc.
Nếu bạn chưa xác định được giá trị R, hãy đặt thang đo ở mức lớn nhất và điều chỉnh trị số cụ thể trên đồng hồ xoay thang đo cho phù hợp.
- Lưu ý đo thang nào phải chỉnh không thang đó
- Trong quá trình đo điện trở cố định cần lưu ý:
Nếu kim đồng hồ chỉ một giá trị nhất định trên thang đo, giá trị này được nhân với thang đo để so sánh với giá trị điện trở thực tế mà chúng ta đọc được, từ đó xác định được R tốt.
+ Nếu kim đồng hồ chỉ ∞Ω trên thang đọc trong mọi nấc của thang đo → R bị đứt, cháy ( áp dụng cho cả điện trở cầu chì )
Khi kim đồng hồ chỉ một giá trị nhất định trên thang đo, giá trị này sẽ được nhân với thang đo khác, dẫn đến giá trị điện trở thực tế mà chúng ta đọc được thường cao hơn giá trị thực tế trên thân điện trở, khiến R tăng trị số Để đo điện trở biến đổi (VR), cần đặt thang đo của đồng hồ vạn năng ở vị trí đo ôm (Ω) và chỉnh không que đo Sau đó, kết nối hai đầu que đo vào hai chân của biến trở để thực hiện đo điện trở cố định.
Xanh dương Đen Đỏ Vàng
18 dời 1 trong 2 que đo vào chân giữa, rồi dùng tay từ từ xoay trục điều khiển theo chiều kim đồng hồ và ngược lại nếu:
+ Kim đồng hồ lên xuống một cách từ từ → VR tốt
Trong quá trình kiểm tra biến trở, nếu kim đồng hồ dừng lại hoặc nhảy vạch, có thể do biến trở bị mòn hoặc tiếp xúc không tốt, dẫn đến hỏng hóc Để đo điện trở của quang trở (Cds), hãy đặt đồng hồ vạn năng ở thang đo nấc ×10 hoặc ×100 và chỉnh không que đo Sau đó, kết nối hai đầu que đo vào hai chân của quang trở Tiếp theo, thay đổi cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở bằng cách che và mở nơi tiếp nhận ánh sáng, rồi quan sát kim đồng hồ.
- Kim đồng hồ lên và xuống ( tức điện trở của Cds thay đổi ) theo cường độ ánh sáng → Cds tốt
- Kim đồng hồ không lên hoặc lên nhưng không xuống được → Cds hỏng
Trong thiết kế mạch điện, giá trị của điện trở được chọn dựa trên nhu cầu cụ thể, nhưng không thể sản xuất mọi giá trị điện trở mà chỉ có một số điện trở tiêu biểu Do đó, nhà thiết kế cần phải lựa chọn một trong hai phương án: tính toán mạch điện phù hợp với các điện trở có sẵn trên thị trường hoặc tính toán cách mắc điện trở để phù hợp với mạch điện Một trong những phương pháp là mắc điện trở nối tiếp, giúp tăng trị số của điện trở trong mạch điện.
Hình 1.7 Sơ đồ mắc nối tiếp các điện trở
Dùng 3 điện trở ghép nối tiếp nhau như hình 2.7
Theo định luật Ohm ta có:
Tổng số điện áp trên 3 điện trở chính là điện áp nguồn nên ta có:
Như vậy: điện trở tương đương của điện trở mắc nối tiếp có trị số bằng tổng số các điện trở riêng rẽ
Khi sử dụng điện trở, cần lưu ý hai đặc trưng kỹ thuật quan trọng là trị số điện trở R và công suất tiêu tán PR của điện trở.
Ví dụ1: Cho mạch điện như hình vẽ Với R1 = 2,2K, R2 = 4,7K Tính điện trở tương đương của mạch điện
Từ công thức (2.1), ta tính được tổng điện trở Rtđ = 2,2 + 4,7 = 6,9KΩ Trong thực tế, để đơn giản hóa mạch điện, người ta thường mắc nối tiếp từ 02 đến 03 điện trở Khi các điện trở mắc nối tiếp có giá trị khác nhau, việc tính toán công suất tiêu tán trở nên phức tạp Do đó, để dễ dàng hơn, nên chọn các điện trở có cùng trị số để mắc nối tiếp.
Công suất tiêu tán của điện trở tương đương:
Khi mắc điện trở nối tiếp, giá trị điện trở và công suất tiêu tán sẽ tăng lên Ngược lại, mắc điện trở song song giúp giảm trị số điện trở trong mạch điện Cần lưu ý rằng điện trở tương đương của mạch điện luôn nhỏ hơn hoặc bằng điện trở nhỏ nhất trong mạch Thông thường, để đạt được trị số điện trở mong muốn và tăng khả năng chịu tải dòng, người ta sử dụng điện trở cùng trị số để mắc song song, đồng thời cải thiện diện tích tỏa nhiệt trên mạch khi công suất tỏa nhiệt cao.
Dùng 3 điện trở mắc song song nhau như ( hình 1.8 )
Hình 1.8 Sơ đồ mắc song song các điện trở
Theo định luật Ohm ta có:
Tổng số dòng điện trên 3 điện trở chính là dòng điện I của nguồn cung cấp nên ta có:
R là điện trở tương đương của 3 điện trở mắc song song
Tương tự như cách mắc nối tiếp, để tính công suất tiêu tán đơn giản nên chọn các điện trở có cùng trị số ghép song song với nhau:
→ Điện trở tương đương là:
Công suất tiêu tán của điện trở tương đương là: W
Kết luận: điện trở của các điện trở mắc song song bằng thương của các điện trở mắc riêng rẽ
Khi mắc điện trở song song sẽ làm tăng công thêm công suất tiêu tán nhưng làm giảm trị số điện trở c Mắc hỗn hợp:
Hình 1.9 Mắc các điện trở hỗn hợp
TỤ ĐIỆN
2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
Tụ điện là loại linh kiện thụ động có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường
2.1.1 Ký hiệu và đơn vị Đơn vị Fara (F) Fa ra là một trị số điện dung rất lớn nên trong thực tế chỉ dùng ước số của Fara là:
Hình 1.18 Ký hiệu của tụ điện
2.1.2 Phân loại và cấu tạo a Phân loại
Tụ điện được chia làm hai loại chính là:
Tụ điện có phân cực tính dương và âm ( tụ một chiều )
Tụ điện không phân cực tính ( tụ xoay chiều ) được chia làm nhiều dạng b Cấu tạo của tụ điện
- Tụ điện gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa là một chất cách điện gọi là điện môi
- Chất cách điện thông thường để làm điện môi trong tụ điện là giấy dầu, mica, gốm, không khí…
- Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện
Hình 1.19 Cấu tạo của tụ điện
Thí dụ: tụ điện giấy, tụ điện dầu, tụ điện gốm, tụ điện không khí…
2.1.3 Đặc điểm Điện dung C của tụ điện đặc trưng cho khả năng chứa điện của tụ điện Điện dung C của tụ điện tuỳ thuộc vào cấu tạo và được tính bởi công thức: d
: là hằng số điện môi tuỳ thuộc vào chất cách điện
S: là diện tích bản cực (m 2 ) d: là bề dày lớp điện môi
Hằng số điện môi của một số chất cách điện thông dụng để làm tụ điện có trị số như bảng sau:
2.1.4 Các tham số kỹ thuật đặc trưng của tụ điện
Khi sử dụng tụ điện, hai tham số chính cần lưu ý là điện dung C (đơn vị là farad, F hoặc microfarad, àF) và điện áp làm việc WV (đơn vị là volt, V), cả hai đều được ghi trên thân tụ.
Trên thân tụ điện, có ghi rõ trị số điện dung và điện áp làm việc Nếu điện áp áp dụng vượt quá mức ghi trên thân tụ, tụ sẽ bị đánh thủng Vì vậy, khi lựa chọn tụ điện, cần chú ý chọn đúng điện áp làm việc để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
WV lớn hơn điện áp đặt lên tụ điện Uc theo công thức WV 2.Uc
Ngoài ra khi sử dụng nguồn điện nào thì phải mắc tụ ấy cho phù hợp
2.2 Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện
2.2.1 Cách đọc tụ điện a Đọc trực tiếp:
Trên thân tụ đều có ghi trị số điện dung, cấp chính xác và điện áp làm việc, đơn vị là àF với tụ hoỏ
Vớ dụ: 100 àF ± 2 %, 10V b Đọc theo mã thập phân (đọc gián tiếp)
Do kích thước của tụ gốm tương đối nhỏ, người ta thường không ghi đơn vị chuẩn picofara (pF) để dễ đọc Quy ước này cho phép người dùng chỉ cần thêm số 0 vào hai chữ số đầu, trong khi chữ cái cuối cùng biểu thị sai số tính theo phần trăm (%).
Ví dụ: Đọc các tụ điện sau: 102 M → C = 1000pF ± 20%
Qui ước sai số của tụ là: J = ± 5%, K= ± 10%, M= ± 20% c Đọc theo mã màu
Cách đọc trị số của tụ điện theo mã màu tương tự như cách đọc trị số của điện trở, tuy nhiên, đơn vị của tụ được quy ước là picoFarad (pF).
Ví dụ: đỏ - đỏ - nâu - vàng kim → C = 220 pF ± 5% Đọc một số giá trị đặc biệt của các tụ điện sau:
1: Số thứ nhất 0: số thứ 2 → C= 1000pF ± 5%
Dùng đồng hồ vạn năng để thang đo điện trở ( tuỳ theo giá trị điện dung của tụ điện mà ta chọn nấc đo phù hợp ) , ví dụ như:
+ Thang ì1 thường để khi đo tụ cú C > 100àF
+ Thang ì10 thường để khi đo tụ cú C = 10àF - 100àF
+ Thang ì1K thường để khi đo tụ cú C = 0.1 - 10àF
+ Thang ×10K thường để khi đo tụ có C = 0.001 – 0.1F
Sau đó dùng 2 que đo của đồng hồ kẹp vào 2 chân của tụ điện và thực hiện đo 2 lần có đảo que đo và quan sát:
Nếu kim vọt lên nhanh và trở về ngay → tụ tốt
Nếu kim vọt lên nhưng không trở về hoặc trở về cách một khoảng → tụ bị hỏng hoặc bị dò
Nếu kim vọt lên về 0 → tụ bị nối tắt
Nếu kim không nhúc nhích → tụ bị khô hay tụ bị đứt
Nếu kim lên từ từ và trở về từ từ → tụ bị yếu
2.2.3 Cách mắc tụ điện a Tụ điện mắc nối tiếp
Hai tụ điện mắc nối tiếp điện dung là C1, C2 có dòng điện nạp I nên điện tích của 2 tụ nạp được sẽ bằng nhau do Q = I.t
Hình 1.20 Mắc các tụ điện nối tiếp Điện tích nạp được vào tụ tính theo công thức sau:
Gọi C là tụ điện tương đương của C1, C2 mắc nối tiếp thì ta có:
Q = + = + Vậy khi mắc nối tiếp các tụ điện có điện dung C1, C2 ,…, Cn ta có điện dung tương đương là :
Ta thấy, công thức tính điện dung của tụ điện mắc nối tiếp có dạng như công thức tính điện trở mắc song song
Ngoài điện dung, một thông số kỹ thuật quan trọng của tụ điện là điện áp làm việc (WV) Để xác định điện áp làm việc của tụ điện tương đương, ta có thể dễ dàng chọn các tụ điện mắc nối tiếp với cùng thông số điện dung (C) và điện áp làm việc (WV).
Vớ dụ: hai tụ điện C1, C2 cú cựng trị số là 10 àF, 25 V khi mắc nối tiếp là tụ C tương đương là: Điện dung: Điện áp làm việc C C C C 2 5 F
Khi mắc nối tiếp, tụ điện tạo ra một tụ điện tương đương với điện dung nhỏ hơn và điện áp làm việc lớn hơn Ngược lại, khi tụ điện được mắc song song, điện dung tổng sẽ tăng lên, mang lại hiệu suất tốt hơn cho mạch điện.
Hình 1.21 Mắc các tụ điện nối tiếp Điện tích nạp vào tụ C1, C2 là :
Gọi điện dung C là điện dung tương đương của 2 tụ C1, C2 và Q là điện tích nạp vào tụ C thì ta có : Q = U.C
Mà điện tích nạp vào C1, C2 bằng điện tích nạp vào C nên:
Vậy khi mắc song song các tụ điện có điện dung là C1, C2 ,…, Cn thì điện dung tương đương là :
Ta thấy, công thức tính điện dung tương đương của các tụ điện ghép song song có dạng như công tính điện trở mắc nối tiếp
Khi mắc tụ điện song song, cần lưu ý rằng điện áp làm việc của các tụ điện không thay đổi, vì vậy nên chọn các tụ điện có điện áp làm việc bằng nhau Ngoài ra, có thể áp dụng cách mắc hỗn hợp để tối ưu hóa hiệu suất.
Là kết hợp của hai cách mắc nối tiếp và mắc song song để đạt được giá trị tụ điện theo yêu cầu đề ra
2.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng
2.3.1 Các linh kiện khác cùng nhóm
Cú điện dung lớn từ 1àF đến 10000àF là loại tụ cú phõn loại cực tớnh dương và âm
Tụ điện được chế tạo với cực nhôm và cực dương có lớp oxit nhôm mỏng, tạo ra tính cách điện cho chất điện môi Nhờ vào lớp oxit này, điện dung của tụ lớn, tuy nhiên cần lắp đúng cực dương và âm Điện áp làm việc của tụ thường không vượt quá 500V.
Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ hoá:
Hình 1.22 Ký hiệu và hình dáng của tụ hóa b Tụ gốm ( Ceramic )
Cú điện dung từ 1pF đến vài àF là loại tụ khụng cú cực tớnh, điện ỏp làm việc cao lên đến vài trăm vôn
Hình dáng tụ gốm có nhiều dạng khác nhau và có nhiều cách ghi trị số điện dung khác nhau
Hình 1.23 Ký hiệu và hình dáng của tụ gốm
Qui ước sai số của tụ: J = ±5%, K = ±5%, M = ±5% c Tụ giấy
Tụ điện không có cực tính là loại tụ gồm hai bản cực bằng băng kim loại dài, được ngăn cách bởi lớp giấy tẩm dầu cuộn lại thành hình ống Loại tụ này có khả năng chịu điện áp đánh thủng lên đến vài trăm vôn.
Ký hiệu và hình dáng tụ giấy:
Hình 1.24 Ký hiệu và hình dáng của tụ giấy d Tụ Mica
Là loại tụ không có cực tính, điện dung từ vài pF đến vài trăm nF, điện
29 áp làm việc rất cao trên 1000V
Tụ mica đắt tiền hơn tụ gốm vì ít sai số, điệp áp tuyến cao, tần tốt, độ bền cao
Trên tụ mica được sơn các chấm màu để chỉ trị số điện dung và cách đọc giống như cách đọc trị số điện trở:
Hình 1.25 Ký hiệu và hình dáng của tụ mica e Tụ màng mỏng
Tụ điện có chất điện môi từ Polyester (PE) và Polyetylen (PS) có điện dung dao động từ vài trăm Picofarad đến vài chục Microfarad, với khả năng chịu điện áp làm việc cao lên đến hàng nghìn vôn.
Hình 1.26 Ký hiệu và hình dáng của tụ màng mỏng f Tụ tang tan ( Tụ Tantalium )
Tụ tang-tan là loại tụ điện có phân cực, với điện dung cao từ 0,1 àF đến 100 àF và kích thước nhỏ gọn Loại tụ này hoạt động ở điện áp thấp, chỉ vài chục volt, và thường có dạng viên.
Hình 1.27 Ký hiệu và hình dáng của tụ tang tan
Tụ điện dùng để ngăn dòng điện một chiều và cho dòng xoay chiều đi qua vì vậy tụ dùng làm nối tầng trong các mạch khuếch đại
Tụ dẫn điện ở tần số cao nên dùng vào việc thiết kế loa bổng, loa trầm
Tụ nạp xả điện trong mạch lọc nguồn xoay chiều tạo ra nguồn một chiều
(mạch chỉnh lưu) bằng phẳng, giảm bớt mức gợn sóng của dòng điện xoay chiều hình sin
Tụ dùng để kết hợp với R, L để tạo thành mạch cộng hưởng dùng trong chọn sóng, lọc sóng âm thanh.
CUỘN CẢM
3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
Cuộn cảm là loại linh kiện thụ động nó có khả năng tích luỹ năng lượng dưới dạng từ trường khi có dòng điện xoay chiều chạy qua
30 b Ký hiệu và đơn vị của cuộn cảm
* Ký hiệu, hình dáng cuộn cảm
Hình 1.28 Ký hiệu và hình dáng của cuộn cảm
* Đơn vị Henry (H), trong thực tế thường dùng các ước số của Henry là miliHenry (mH) và micro (àH)
Cuộn dây lõi sắt từ thích hợp cho dòng điện xoay chiều tần số thấp, trong khi lõi ferit được sử dụng cho tần số cao và lõi không khí phù hợp cho tần số rất cao.
Khi cuộn dây có lõi từ thì cường độ từ trường lớn hơn rất nhiều so với cuộn dây không có lõi ( lõi không khí )
Các tham số cơ bản của cuộn cảm bao gồm điện cảm, hệ số chất lượng, điện dung tạp tán, hệ số nhiệt, dòng điện làm việc và số vòng dây Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất và ứng dụng của cuộn cảm trong các mạch điện.
- Điện cảm của cuộn cảm phụ thuộc vào kích thước, hình dáng và số vòng Kích thước, số vòng càng lớn thì điện cảm càng lớn
Ngoài ra, vỏ bọc kim loại cũng ảnh hưởng nhiều đến trị số điện cảm: lõi làm tăng điện cảm, có lõi làm giảm điện cảm
- Hệ số chất lượng ( hay phẩm chất ):
Khi cuộn cảm được kết nối vào mạch điện xoay chiều, nó tiêu thụ một phần năng lượng do tổn hao trong cuộn dây và lõi Mức tổn hao này được thể hiện qua tang góc tổn hao, với cuộn cảm chất lượng cao có tổn hao năng lượng thấp hơn Hệ số chất lượng, ký hiệu là Q, được định nghĩa là trị số nghịch đảo của tổn hao, phản ánh hiệu suất của cuộn cảm trong mạch điện.
Hệ số chất lượng có thể được cải thiện bằng cách sử dụng lõi làm từ các vật liệu như ferit hoặc sắt cacbon Việc này cho phép duy trì trị số điện cảm ổn định trong khi giảm số vòng dây cần quấn, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động.
Cuộn cảm trong thiết bị vô tuyến điện tử dân dụng yêu cầu hệ số phẩm chất tối thiểu là 40, trong khi một số ứng dụng, như cuộn cảm trong mạch dao động, cần đạt đến 300 để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Điện dung tạp tán là hiện tượng xảy ra khi các vòng dây và lớp dây tạo thành một tụ điện mắc song song với cuộn cảm, dẫn đến việc giảm chất lượng của cuộn cảm Cuộn cảm một lớp có điện dung tạp tán nhỏ nhất, khoảng từ 1-3 pF, trong khi cuộn cảm nhiều lớp có điện dung tạp tán dao động từ 3-5 pF Để giảm thiểu điện dung tạp tán này, có thể áp dụng phương pháp quấn phân đoạn hoặc quấn tổ ong.
Có nhiều cách phân loại cuộn cảm:
Cuộn cảm được phân loại theo kết cấu thành các loại chính như: cuộn cảm 1 lớp, cuộn cảm nhiều lớp, cuộn cảm có lõi không khí, cuộn cảm có lõi sắt bụi và cuộn cảm có lõi sắt lá Mỗi loại cuộn cảm này có những đặc điểm riêng biệt, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong điện tử và kỹ thuật.
+ Phân loại theo tần số làm việc: Cuộn cảm âm tần, cuộn cảm cao tần
Cuộn cảm 1 lớp lõi không khí được cấu tạo từ nhiều vòng dây quấn sát nhau hoặc cách nhau một khoảng nhất định Dây có thể được quấn trên khung đỡ bằng vật liệu cách điện cao tần, hoặc nếu cuộn cảm đủ cứng, có thể chỉ cần sử dụng hai nẹp giữ ở hai bên mà không cần khung đỡ.
Cuộn cảm nhiều lớp lõi không khí được thiết kế với số vòng dây lớn để đạt trị số cuộn cảm cao Việc quấn một lớp duy nhất sẽ dẫn đến chiều dài cuộn cảm quá lớn và điện dung ký sinh cao Để tối ưu kích thước và giảm điện dung ký sinh, các vòng dây được quấn thành nhiều lớp chồng lên nhau theo kiểu tổ ong.
Cuộn cảm có lõi bột sắt từ được thiết kế để giảm kích thước bằng cách sử dụng lõi ferit ở giữa Lõi này có hình dạng răng xoắn ốc và hai đầu có khía rãnh Để điều chỉnh trị số tự cảm, người dùng có thể sử dụng một cái quay vít nhựa để điều chỉnh vị trí của lõi trong cuộn cảm.
Cuộn cảm ngăn cao tần, hay còn gọi là cuộn cảm nhiều đoạn, là loại cuộn cảm được cấu tạo từ nhiều lớp quấn quanh một lõi cách điện, với khoảng cách giữa các đoạn quấn là vài mm.
Cuộn cảm âm tần được cấu tạo từ các vòng cảm quấn chặt chẽ với nhau, mỗi vòng được ngăn cách bởi một lớp giấy bóng cách điện Khung đỡ của cuộn dây được làm từ bìa pretxpan, trong khi lõi từ được chế tạo từ các lá thép Si mỏng được cắt thành hình chữ.
E và I Mỗi chữ E và I xếp lại thành một mạch từ khép kín (hình 2-30)
Hình 1-29 Hình dạng các loại cuộn cảm
Cuộn cảm là một loại dây dẫn được bọc sơn cách điện và quấn thành nhiều vòng quanh một lõi, có thể là sắt từ, ferit hoặc không khí Hình 1.30 minh họa cuộn cảm với cấu trúc nhiều lớp và nhiều đoạn.
Hình 1.31 Ký hiệu cuộn cảm
3.2 Cách đọc, đo và cách mắc cuộn cảm
Thường được nhà sản xuất ghi rõ giá trị trên thân cuộn cảm
- Cấp nguồn xoay chiều sau đó dùng một đồng hồ đo dòng điện và 1 đồng hồ đo điện trở
Khi dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện một chiều biến thiên chạy qua cuộn cảm, hiện tượng tự cảm tạo ra sức điện động tự cảm Điều này dẫn đến việc cuộn cảm không chỉ có trở kháng do điện trở R của dây quấn mà còn có thêm trở kháng do tự cảm, được gọi là cảm kháng, với công thức tính là X_L = 2πfl.
Tổng trở toàn bộ của cuộn cảm là: Z = R 2 + X L 2 f: Tần số dòng điện (Hz) L: độ tự cảm của cuộn dây (H)
XL : cảm kháng của cuộn dây ()
Khi xét dòng điện một chiều không đổi (f = 0), tổng trở của cuộn cảm là XL = 0, dẫn đến Z = R Điều này cho thấy, đối với dòng điện một chiều và dòng điện có tần số thấp, cuộn cảm có tổng trở nhỏ Ngược lại, với dòng điện có tần số cao, tổng trở của cuộn cảm sẽ lớn hơn.
- Dùng đồng hồ vạn năng để ở thang đo Ω nấc ×1 hoặc ×10, sau đó dùng 2 que đo của đồng hồ đặt vào các đầu của cuộn cảm và quan sát:
+ Nếu kim đồng hồ không lên ( chỉ ∞Ω ) → cuộn cảm bị đứt
+ Nếu kim đồng hồ lên một giá trị điện trở nhất định → cuộn cảm tốt
Ngoài ra nếu quan sát bằng cách nhìn trực tiếp bằng mắt vào cuộn cảm mà thấy:
+ Cuộn cảm có nám đen ( muội đen ) trên các vòng dây → cuộn cảm bị cháy
+ Chạm các vòng dây với nhau ( do bong lớp êmay cách điện và sử dụng lâu ngày ) thì khi hoạt động cuộn cảm sẽ bị nóng và bốc khói
LINH KIỆN BÁN DẪN
TIẾP GIÁP P-N; ĐIOT TIẾP MẶT
1.1 Tiếp giáp P-N khi chưa có điện trường ngoài
Khi cho 2 miếng bán dẫn loại P và loại N tiếp xúc công nghệ với nhau tại vùng tiếp xúc xảy ra 1 hiện tượng đặc biệt
Hình 2.1 Tiếp giáp P-N khi chưa có điện trường ngoài
Do sự chênh lệch lớn về nồng độ điện tử tại vùng tiếp xúc xảy ra hiện tượng khuếch tán các điện tử đa số
Lỗ trống ở bán dẫn P di chuyển qua tiếp giáp sang bán dẫn N, trong khi điện tử của bán dẫn N cũng di chuyển qua tiếp giáp sang bán dẫn P Quá trình này tạo ra dòng khuếch tán có hướng từ P đến N.
Khi xảy ra hiện tượng khuếch tán tại bán dẫn loại P, tại vùng tiếp xúc xuất hiện một miền chủ yếu là ion âm của bán dẫn loại N Gần mặt tiếp xúc, miền chủ yếu có các ion dương, tạo nên sự cân bằng điện tích trái dấu Do thiếu điện tử, miền này được gọi là lớp chắn (tiếp giáp P-N).
Trong lớp chắn giữa hai miền điện tích trái dấu, tồn tại hàng rào điện thế với hiệu điện thế tiếp xúc, đồng thời tạo ra điện trường tiếp xúc tương ứng.
Quá trình khuếch tán diễn ra liên tục làm tăng điện thế Etx, dẫn đến dòng khuếch tán Ikhuếch tán và dòng trôi Itrôi tăng lên cho đến khi đạt trạng thái cân bằng, tức là Ikhuếch tán = Itrôi Kết quả là dòng điện tổng qua tiếp giáp P-N bằng 0, được gọi là trạng thái cân bằng.
1.2 Tiếp giáp P-N khi có điện trường ngoài
Hình 2.2 Tiếp giáp P-N khi chưa có điện trường ngoài a Phân cực ngược cho tiếp giáp P-N
Khi áp dụng một điện áp phân cực ngược vào tiếp giáp, âm được nối với bán dẫn P và dương với bán dẫn N, điện trường ngoài sẽ cùng chiều với Etx Hệ quả là các điện tử đa số bị đẩy ra xa khỏi miền tiếp xúc, dẫn đến việc bề rộng khuếch tán tăng lên, dòng Ikt giảm, trong khi dòng Itrôi nhanh chóng tăng và đạt đến trị số bão hòa.
Tóm lại khi phân cực ngược dòng điện đi qua tiếp giáp rất nhỏ gọi là dòng điện ngược ( Ingược ) b.Phân cực thuận cho tiếp giáp P-N
Hình 2.3 Phân cực thuận cho tiếp giáp P-N
Ta đặt điện áp từ ngoài vào tiếp giáp P-N (+) nối với P, (-) nối với
N Khi đó E ngoài ngược chiều với Electrontx nên điện trường tổng tại lớp chắn giảm làm tăng chuyển động khuếch tánậỉu các điện tử đa số (Ikhuếch tán tăng → bề rộng lớp chắn giảm)
Tóm lại: khi phân cực thuận dòng điện qua tiếp giáp lớn do Ikhuếch tán tăng với bề dày lớp chắn giảm c Kết luận
- Tiếp giáp P-N khi đặt 1 điện trường ngoài có tính dẫn điện không đối xứng
- Khi phân cực thuận dòng qua tiếp giáp lớn
- Khi phân cực ngược dòng qua tiếp giáp nhỏ và nhanhchóng bị bão hoà
- Vậy tiếp giáp P-N dẫn điện theo 1 chiều
CẤU TẠO, PHÂN LOẠI NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, CÁCH ĐỌC, ĐO KIỂM TRA VÀ CÁC ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA ĐIOT
ĐO KIỂM TRA VÀ CÁC ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA ĐIOT
2.1 Điôt tiếp mặt a Cấu tạo Điốt tiếp mặt gồm hai bán dẫn loại P và loại N tiếp giáp nhau Đầu bán dẫn P là cực dương (Anốt), đầu bán dẫn N là cực âm (Katốt) (hình 3-9)
Điốt tiếp mặt có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau, với diện tích tiếp xúc lớn cho phép dòng điện đi qua đạt hàng trăm miliampe đến hàng chục ampe Điện áp ngược của điốt có thể lên tới hàng trăm đến hàng ngàn vôn Tuy nhiên, do điện dung giữa các cực lớn, lên tới hàng chục picôfara trở lên, nên điốt này chỉ phù hợp sử dụng ở tần số thấp để nắn điện.
Nguyên lý làm việc của điôt tiếp mặt: Phân cực thuận diode VA > VK
Khi VAK > 0, nối cực dương của nguồn với A và cực âm với K Điện tích âm của nguồn đẩy điện tử trong vùng N về lớp tiếp xúc, trong khi điện tích dương đẩy lỗ trống trong vùng P về lớp tiếp xúc, làm cho vùng khiếm khuyết hẹp lại Khi lực đẩy đạt đủ mức, điện tử từ vùng N sẽ vượt qua lớp tiếp xúc sang vùng P.
Khi diode được phân cực thuận, điện áp VAK đạt giá trị Vγ (điện thế ngưỡng), cho phép dòng điện chạy từ A sang K Vγ của diode silicon là khoảng 0,6 V (đến 0,7 V), trong khi diode germanium có Vγ là 0,2 V Ngược lại, khi diode phân cực nghịch (VA < VK), điện tích âm sẽ hút lỗ trống từ vùng P và điện tích dương sẽ hút điện tử từ vùng N, dẫn đến việc điện tử và lỗ trống càng xa nhau, làm cho hiện tượng tái hợp trở nên khó khăn Do đó, không có dòng điện qua diode, tuy nhiên vẫn có một dòng điện nhỏ gọi là dòng nghịch (dòng rỉ, dòng rò) do sự tái hợp của hạt tải thiểu số, thường chỉ khoảng vài nA Trong nhiều trường hợp, dòng này được coi là không đáng kể khi diode ở trạng thái phân cực nghịch.
Khi tăng điện áp phân cực nghịch, dòng điện gần như không thay đổi, nhưng nếu tăng quá mức sẽ dẫn đến hư hỏng diode do hiện tượng đánh thủng Trong trường hợp dòng điện rỉ, diode sẽ có một dòng nhỏ chạy từ cực K về cực A khi ở trạng thái phân cực nghịch.
Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của điôt Đặc tuyến volt - Ampe Is: dòng bão hòa nghịch V : Điện thế ngưỡng
Điện thế đánh thủng của diode là khi điện áp DC (VDC) tăng từ 0 đến giá trị Vγ, tại đó diode bắt đầu dẫn dòng Giá trị Vγ được gọi là điện thế thềm, đánh dấu điểm khởi đầu cho sự dẫn điện của diode.
Điện thế ngưỡng (Vγ) của diode phụ thuộc vào loại chất bán dẫn Khi điện áp vượt qua Vγ, dòng điện sẽ tăng theo hàm số mũ Trong trường hợp phân cực ngược, khi điện áp UAK tăng, chỉ có dòng dò rất nhỏ chạy qua diode cho đến khi UAK đạt giá trị nhất định.
Dòng điện VB bắt đầu gia tăng mạnh mẽ, và khi UAK tiếp tục tăng, dòng điện ngược cũng tăng nhanh chóng Tuy nhiên, điện áp qua tiếp xúc PN chỉ cao hơn VB một chút (hình 2-6) Để thực hiện điều này, một thanh Indium (In) được sử dụng làm tiếp xúc công nghệ với miếng bán dẫn.
N bằng cách nung nóng chảy In, nguyên tử In khuếch tán vào N tạo ra 1 vùng bán dẫn loại P hình thành 1 tiếp giáp P-N và đưa ra hai điện cực
Hình 2-6 Đặc tuyến Volt – Ampe b Đặc điểm
- Do diện tích tiếp xúc lớn nên cho dòng qua diode có trị số lớn, dòng điện chạy từ A→ K khi được phân cực thuận
- Do diện tích tiếp xúc lớn nên tồn tại 1 tụ điện ký sinh lớn và diode chỉ làm việc với lưới điện âm tần ( tần số thấp ) c Ứng dụng
- Dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành một chiều
- Diode tiếp xúc mặt dùng làm diode chỉnh lưu, diode âm tần, diode nắn điện
Diode bán dẫn được cấu tạo từ hai lớp bán dẫn P và N kết hợp với nhau, hình thành một tiếp giáp P-N Đầu nối với lớp bán dẫn P được gọi là anốt (A), trong khi đầu nối với lớp bán dẫn N được gọi là catốt (K).
2.2.2 Hình dáng và ký hiệu
Hình 2.7 Hình dáng và ký hiệu của diode nắm điện
- Loại tích hợp chứa 2 diode chung một vỏ
- Loại tích hợp chứa 4 diode chung một vỏ
- Loại công suất lớn (chạy dòng cao)
2.2.3 Nguyên lý làm việc a Phân cực thuận cho diode
Hình 2-8 Phân cực thuận cho diode
Khi diode được phân cực thuận, tức là khi cực dương của nguồn một chiều kết nối với anốt và cực âm kết nối với catốt, diode sẽ dẫn điện và cho phép dòng điện chạy qua phụ tải Giá trị dòng điện phụ thuộc vào điện trở của tải và mạch Ngược lại, khi diode được phân cực ngược, nó sẽ không dẫn điện.
Hình 2-9 Phân cực ngược cho diode
Khi diode được phân cực ngược, với cực dương của nguồn nối với catốt và cực âm nối với anốt, diode sẽ khóa và không cho dòng điện đi qua phụ tải Rt (I = 0) Tuy nhiên, trong tình huống này, vẫn tồn tại một dòng điện rất nhỏ qua diode theo chiều từ catốt sang anốt, được gọi là dòng điện ngược hay dòng điện rò.
Diode cho phép dòng điện chảy từ A sang K khi phân áp thuận, nhưng ngăn cản dòng điện chảy từ K sang A khi phân áp ngược Đặc tuyến V-A của diode thể hiện rõ tính chất này.
Hình 2.10 Đặc tuyến V-A của diode nắn điện
Tăng điện áp VDC từ 0V lên và khi trên diode đạt trị số điện áp là
VD = V thì mới bắt đầu có dòng điện qua Điện áp V gọi là điện áp thềm hay điện áp ngưỡng và có trị số tuỳ thuộc chất bán dẫn
Hình 2.11 Phân cực thuận cho diode
V = 0,15V0,2V; V D max = 0,4V0,5V ( chất Ge ) Sau khi vượt qua điện áp thềm V thì dòng điện qua diode sẽ tăng lên
Tăng điện áp VDC từ 0V lên theo trị số âm chỉ có dòng điện rỉ ( dòng điện bão hoà nghịch ) IS có trị số rất nhỏ đi qua diode
Khi điện áp ngược vượt quá mức cho phép, dòng điện qua diode có thể tăng lên đáng kể, dẫn đến hư hỏng diode Để tạo ra dòng điện ngược lớn qua diode, điện áp ngược cần phải lớn hơn giá trị V R max.
Hình 2.12 Phân cực ngược cho diode
Lúc đó diode sẽ bị đánh thủng nên V R max còn gọi là điện áp đánh thủng của diode
Khi dẫn điện, diode bị đốt nóng bởi P = ID.VD Nếu dòng ID lớn hơn trị số I max
F thì diode sẽ bị hư do quá nhiệt
Như vậy một diode có các thông số kỹ thuật cần biết khi sử dụng là:
- Chất bán dẫn chế tạo để có V = VDmax
- Dòng điện thuận cực đại IFmax
- Dòng điện bão hoà nghịch Is
- Điện áp nghịch cực đại VRmax.
Ví dụ: bảng tra các diode nắn điện thông dụng
Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của một số diode nắn điện:
* Qua đặc tuyến V-A của diode nắn điện ta thấy:
- Vùng (1) diode được phân cực thuận với đặc trưng dòng lớn áp nhỏ, điện trở nhỏ
Diode phân cực ngược (D khoá) có đặc điểm là dòng điện nhỏ với giá trị Is gần như không đổi, thường rất nhỏ Chúng hoạt động ở áp suất lớn, từ hàng chục đến hàng trăm V, và có điện trở cao, lên tới hàng chục nghìn Ω.
- Vùng (3) dòng điện ngược tăng mạnh, điện trở nhỏ, điện áp gần như không thay đổi được gọi là vùng bị đánh thủng
Diode tách sóng thường sử dụng chất liệu Ge và có mối nối P-N với diện tích tiếp giáp nhỏ Vỏ ngoài của diode này thường được làm từ thủy tinh trong suốt, giúp bảo vệ và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Mã số Chất I Fmax I S V Rmax
Diode tách sóng ký hiệu như diode thường Nguyên lý hoạt động của diode tách sóng hoàn toàn giống quá trình phân cực của tiếp giáp P-N
2.3.2 Ký hiệu và hình dáng của diode tách sóng
Hình 2.13 Ký hiệu và hình dáng thực tế của diode tách sóng
2.3.3 Tham số của diode tách sóng
TRANZITOR BJT
3.1.Cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý làm việc
Hình 2.21 Cấu tạo của transistor lưỡng cực
Transistor mối nối lưỡng cực (BJT) được phát minh vào năm 1948 bởi John Bardeen và Walter Brittain tại phòng thí nghiệm Bell, Mỹ Nguyên lý hoạt động của BJT được William Shockley giải thích vào năm sau đó Phát minh này đã mang lại giải thưởng Nobel Vật lý năm 1956 và có ảnh hưởng sâu rộng đến sự phát triển của điện tử học BJT còn được biết đến với các tên gọi khác như Transistor tiếp xúc lưỡng cực, Transistor lưỡng nối và Transistor lưỡng cực.
Transistor lưỡng cực là linh kiện bán dẫn gồm ba lớp bán dẫn P và N xen kẽ, tạo thành hai chuyển tiếp pn Transistor được sử dụng để điều khiển chuyển mạch hoặc khuếch đại tín hiệu, với hai loại chính là NPN và PNP Cấu tạo của transistor NPN bao gồm ba miền: miền Emitter (N) có nồng độ pha tạp cao nhất, đóng vai trò phát xạ hạt dẫn; miền Base (P) có nồng độ pha tạp thấp nhất, chịu trách nhiệm truyền dẫn hạt dẫn; và miền Collector (N) có nồng độ pha tạp cao hơn miền Base nhưng thấp hơn miền Emitter, thu gom hạt dẫn Các chuyển tiếp giữa các miền được gọi là chuyển tiếp Emitter (JE) và chuyển tiếp Collector (JC).
* TZT Được chia làm hai loại:
Hình 2.22 Sơ đồ tương đương transistor thuận
Hình 2.23 Sơ đồ tương đương transistor ngược
- Với TZT thuận ( đèn thuận ) PNP:
Hình 2.24 Ký hiệu transistor thuận
- Với TZT ngược ( đèn ngược ) NPN:
Hình 2.25 Ký hiệu transistor ngược
3.1.3.Nguyên lý làm việc Để TZT làm việc người ta phải đặt điện áp một chiều vào các cực của TZT gọi là phân cực cho TZT
Hình 2.26 Phân cực cho transistor làm việc
Nguyên tắc phân cực cho TZT hoạt động yêu cầu tiếp giáp JE phân cực thuận và tiếp giáp JC phân cực ngược Trong đó, tiếp giáp giữa E và B được gọi là tiếp giáp emitter (JE), còn tiếp giáp giữa B và C được gọi là tiếp giáp collector (JC).
JC )) a Xét TZT loại PNP
Hình 2.27 Phân cực cho transistor thuận làm việc
52 Đối với TZT PNP thì cực E nối vào cực dương, cực C nối vào cực âm của nguồn DC, cực B nối vào một điện áp âm sao cho:
VB < VE và VB > VC
Hạt tải di chuyển trong transistor PNP là lỗ trống xuất phát từ E
Trong mạch điện này, hai vùng bán dẫn P và N của cực E và B hoạt động như một diode (diode BE) được phân cực thuận, cho phép dòng điện chảy Lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E di chuyển sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp với electron, tạo ra điện tích dương tại cực B Khi cực B được kết nối với điện áp âm, nó hút một số lỗ trống từ vùng bán dẫn N, tạo thành dòng điện IB Cực C, nối vào điện áp âm cao hơn, hút hầu hết lỗ trống từ vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P của cực C, hình thành dòng điện IC Cuối cùng, cực E nối vào nguồn điện áp dương, giúp hút lỗ trống từ nguồn lên để bù đắp cho vùng bán dẫn P, tạo thành dòng điện IE.
Trong TZT, mũi tên chỉ hướng di chuyển của lỗ trống, và dòng lỗ trống chạy ngược chiều với dòng electron Do đó, dòng lỗ trống có cùng chiều với dòng điện quy ước Cụ thể, dòng điện IB và IC đi ra từ TZT, trong khi dòng điện IE đi vào TZT.
Số lượng lỗ trống bị hút từ cực E đều chạy qua cực B và cực C nên dòng điện IB và IC đều từ cực E chạy qua Ta có:
Transistor PNP hoạt động như hai diode ghép ngược, dẫn điện khi có điện áp đúng ở các cực Trong trạng thái này, diode BE được phân cực thuận, trong khi diode BC được phân cực ngược Tương tự, transistor NPN cũng có những đặc điểm riêng cần được xem xét.
Đối với transistor NPN, cực E được kết nối với cực âm, trong khi cực C được nối với cực dương của nguồn DC Cực B cần được cấp một điện áp dương để đảm bảo transistor hoạt động đúng cách.
VB > VE và VB < VC
Hạt tải trong transistor NPN là electron xuất phát từ cực E
Trong trường hợp này, hai vùng bán dẫn P và N của cực B và E hoạt động như một diode BE được phân cực thuận, cho phép dẫn điện Electron từ vùng bán dẫn N của cực E di chuyển sang vùng bán dẫn P của cực B để tái hợp với lỗ trống, dẫn đến việc vùng bán dẫn P của cực B nhận thêm electron và mang điện tích âm.
Cực B kết nối với điện áp dương, hút một số electron từ vùng bán dẫn P, tạo ra dòng điện IB Cực C, với điện áp dương cao hơn, hút hầu hết electron từ vùng P sang vùng N, hình thành dòng điện IC Cực E, nối vào nguồn điện áp âm, làm cho vùng bán dẫn N mất electron và hút electron từ nguồn âm để bù đắp, tạo thành dòng IE.
Hình mũi tên trong transistor biểu thị hướng di chuyển của dòng electron, trong khi dòng điện qui ước chạy ngược lại với dòng electron Do đó, dòng điện IB và IC đi vào transistor từ bên ngoài, còn dòng điện IE thoát ra từ bên trong transistor.
Số lượng electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên dòng điện IB và IC đều chạy sang cực E Ta có:
- Trạng thái phân cực cho hai mối nối:
Transistor NPN có cấu tạo tương tự như hai diode ghép ngược Khi được cấp điện áp đúng cho các cực, transistor sẽ dẫn điện, với diode BE được phân cực thuận và diode BC được phân cực ngược.
3.2 Các tính chất cơ bản
3.2.1 Các qui tắc quan trọng:
Đối với tranzito NPN, điện áp tại colectơ (VC) cần lớn hơn điện áp tại emitơ (VE) ít nhất vài phần mười của một vôn để dòng điện có thể chảy qua tiếp giáp colectơ-emitơ Tương tự, đối với tranzito PNP, điện áp tại emitơ phải cao hơn điện áp tại colectơ một lượng tương tự.
Quy tắc 2 quy định rằng đối với tranzito NPN, sụt áp từ bazo đến emit là 0,6 V, trong khi đối với tranzito PNP, điện áp từ bazo đến emit là 0,6 V Điều này có nghĩa là điện áp bazo VB của tranzito NPN cần phải lớn hơn điện áp để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Để tranzito hoạt động, điện áp VE phải đạt ít nhất 0,6 V; nếu không, tranzito sẽ không cho phép dòng điện chảy qua từ emitơ đến colectơ Đối với tranzito PNP, điện áp VB cần phải nhỏ hơn 0,6 V so với điện áp VE, nếu không, dòng điện sẽ không chảy từ colectơ đến emitơ.
3.2.2 Các cách mắc cơ bản của transitor
Trong các mạch điện, BJT được xem như một mạng 4 cực: tín hiệu được đưa vào hai chân cực và tín hiệu lấy ra cũng trên hai chân cực
Transistor BJT có ba cực: Emitter (E), Base (B) và Collector (C), và trong quá trình sử dụng, cần phải xác định một chân cực làm dây chung cho mạch vào và mạch ra Có thể chọn bất kỳ một trong ba chân cực này làm cực chung Do đó, có ba cách mắc cơ bản của transistor, bao gồm mạch cực phát chung (CE), mạch cực gốc chung (CB) và mạch cực góp chung (CC).
Mạch cực phát chung (Common Emitter ≡ CE) (hình 2-29)
Hình 2-29 BJT mắc kiểu cực phát chung
BJT mắc kiểu cực nền chung (Common Base ≡ CB) (hình 2-30)
Hình 2-30 BJT mắc kiểu cực nền chung
BJT mắc kiểu cực thu chung (Common Collector ≡ CC) (hình 2-31)
Hình 2-31 BJT mắc kiểu cực thu chung
-Tín hiệu vào B so với E, tín hiệu ra C so với E
- Pha giữa tín hiệu vào và ra: đảo pha
-Hệ số khuếch đại Ai, Av lớn
-Tín hiệu vào E so với B, tín hiệu ra C so với B
- Pha giữa tín hiệu vào và ra: cùng pha
- Hệ số khuếch đại Av lớn, Ai ≈ 1
- Tín hiệu vào B so với C, tín hiệu ra E so với
- Pha giữa tín hiệu vào và ra: cùng pha
- Hệ số khuếch đại Ai lớn, Av ≈ 1
Hình 2-32 Mạch khảo sát đặc tuyến của BJT
Xét mạch như hình 2-32 Với VBE là hiệu điện thế giữa cực nền B và cực phátE
VCE là hiệu điện thế giữa cực thu C và cực phát E
• Đặc tuyến ngõ vào IB(VBE) ứng với VCE = const
TRANZITO TRƯỜNG
4.1 Phân loại, cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý làm việc
Khác với transistor lưỡng cực (BJT), trong đó dòng điện được tạo ra bởi cả điện tử và lỗ trống tự do qua hai mặt ghép P-N gần nhau, transistor trường (FET) hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường FET điều khiển độ dẫn điện của bán dẫn đơn tinh thể thông qua tác động của một điện trường.
Dòng điện trong FET chỉ do một loại hạt dẫn tạo ra, cho thấy sự đơn giản trong cấu trúc của nó Công nghệ bán dẫn ngày càng phát triển, giúp FET thể hiện nhiều ưu điểm quan trọng, đặc biệt trong việc xử lý tín hiệu với độ tin cậy cao và mức tiêu hao năng lượng thấp.
Transistor trường, hay còn gọi là transistor FET, có tổng trở vào rất lớn, khác biệt so với transistor BJT (NPN hoặc PNP) có tổng trở vào tương đối nhỏ khi được cấu hình theo kiểu E chung.
FET dẫn điện chỉ bằng một loại phần tử mang điện (hoặc điện tử hoặc lỗ trống) nên còn có tên là transistor đơn cực
Loại có cực cửa G là lớp tiếp xúc P-N (JFET: Junction Field- Effect Transistor)
Loại có cực cửa cách li ( MOSFET : Metal Oxyde Semiconductor Field- Efect Transistor ) hay IGFET
Trong đó MOSFET lại chia ra hai loại nữa là:
Khi nói FET là ý chỉ loại JFET
4.1.2 Cấu tạo, ký hiệu a Transistor JFET ( Junction FET )
JFET được gọi là FET nối ( gọi tắt là FET )
JFET có hai loại là JFET kênh N, JFET kênh P
Cực tháo Diode ( Drain ) ( cực máng D:Drain )
Cực cổng G ( Gate ) ( cực cửa G )
Hình 2.50 Cấu tạo transistor JFET
JFET kênh N được cấu tạo từ một thanh bán dẫn loại N, với hai đầu nối ra gọi là cực tháo Diode và cực nguồn S Hai bên thanh bán dẫn loại N là hai vùng bán dẫn loại P, tạo thành mối nối PN giống như diode Hai vùng này kết nối với nhau tạo thành cực cửa G.
JFET kênh P có cấu tạo tương tự nhưng chất bán dẫn ngược lại với kênh JFET kênh N
Hình 2.51 Ký hiệu transistor JFET
JFET kênh N và kênh P có ký hiệu như hình dưới và được phân biệt nhau bằng mũi tên ở cực G
- Xét sơ đồ mạch điên JFET kênh N, trong đó cực Diode nối vào cực dương nguồn VCC, cực S nối vào cực âm nguồn VCC
Hình 2.52 Đặc tính transistor JFET
Khi dòng điện đi qua kênh từ cực dương của nguồn đến cực Diode và trở về cực S, kênh hoạt động như một điện trở.
Khi tăng nguồn VCC để nâng điện áp VDS từ 0V, dòng điện ID sẽ tăng nhanh chóng Tuy nhiên, khi đạt đến một điện áp giới hạn, dòng điện ID không thể tăng thêm, được gọi là dòng điện bão hoà IDSS Điện áp VDS tương ứng với IDSS được gọi là điện áp nghẽn VP0.
- Khi cực G có điện áp âm ( VGS < 0V )
Khi cực G có điện áp âm kết nối với chất bán dẫn P, dòng điện sẽ chạy qua kênh N, tạo ra điện áp dương ở giữa chất bán dẫn N Điều này làm cho mối nối PN bị phân cực ngược, dẫn đến việc electron từ chất bán dẫn kênh N bị đẩy ra, làm giảm tiết diện dẫn điện và tăng điện trở của kênh, từ đó làm giảm dòng IB.
Khi điện áp âm tại cực G tăng lên, mức phân cực nghịch cũng tăng theo, dẫn đến dòng ID giảm dần Khi đạt đến một trị số giới hạn, dòng điện ID gần như không còn, và điện áp này tại cực G được gọi là điện áp nghẽn VP0.
Hình A thể hiện đặc tuyến ngõ ra của JFET kênh N, cho thấy sự thay đổi của dòng ID theo điện áp VDS tại các giá trị khác nhau của điện áp VGS ở cực G, được gọi là đặc tuyến ID/VDS Trong khi đó, Hình B cho thấy đặc tuyến ngõ ra của JFET kênh N, mô tả sự biến đổi của dòng ID theo điện áp VDS với một trị số VDS cố định.
- JFET kênh P có mạch điện có mạch điện như hình c với nguồn –VCC cung cấp cho VDS, điện áp cung cấp cho cực G bây giờ là điện áp
Hình 2.53 Đặc tuyến ngõ ra của transistor JFET
Cách phân cực đơn giản và thông dụng nhất cho JFET là phân cực tự động như mạch điện sau:
Hình 2.54 Phân cực cho JFET Điện trở RG có trị số lớn khoảng 1M đến 10M
Xét mạch JFET kênh N ta có:
VDS = VCC – ID(RD + RS) Ở cực G được phân cực ngược mối nối PN nên không có dòng điện IG ( IG=0 ) nên VG = 0 Điện áp phân cực ngõ vào là:
VGS = VG-VS = 0V- ID.IS = - IDIS
Phương trình đường tải tĩnh là:
Hình 2.55 Đặc tuyến của JFET b Transistor MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor FET )
MOSFET được chia thành hai loại chính: MOSFET liên tục và MOSFET gián đoạn Mỗi loại này lại được phân loại theo chất bán dẫn thành kênh N hoặc kênh P.
Ta chỉ xét các loại MOSFET kênh N và suy ra cấu tạo ngược lại cho kênh P
* Cấu tạo, ký hiệu của MOSFET kênh liên tục
Kênh dẫn điện bao gồm hai vùng bán dẫn loại N với nồng độ cao (N+) được kết nối bởi vùng bán dẫn loại N với nồng độ thấp (N), được khuếch tán trên nền bán dẫn loại P Phía trên kênh dẫn điện, có lớp oxit cách điện SiO2 được phủ lên.
Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối hai vùng bán dẫn N + gọi là cực
S và D Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit nhưng vẫn cách điện với kênh N Thường cực S được nối chung với nền P
Hình 2.56 Ký hiệu và cấu trúc bán dẫn của các transistor MOSFET
* Đặc tính của MOSFET liên tục
Hình 2.57 Phân cực cho transistor MOSFET
Khi tăng điện áp VDS, kênh dẫn điện hoạt động như một điện trở, dẫn đến dòng điện ID tăng lên cho đến khi đạt giá trị giới hạn IDSS (dòng IDS bão hòa) Ở trị số IDSS, điện áp VDS được gọi là điện áp nghẽn VP0, tương tự như trong trường hợp của JFET.
Hình 2.58 Đặc tuyến ngõ ra và đặc tuyến truyền dẫn của MOSFET liên tục kênh N
Trong trường hợp này, cực G có điện áp âm, dẫn đến việc đẩy electron từ kênh N vào vùng nền P Điều này làm cho tiết diện kênh dẫn điện N bị thu hẹp, dẫn đến việc dòng điện ID giảm xuống do điện trở kênh dẫn điện tăng lên.
Khi điện áp âm ở cực G tăng lên, dòng điện ID sẽ giảm và khi đạt đến một giá trị giới hạn, dòng điện ID gần như không còn Giá trị điện áp này tại cực G được gọi là điện áp nghẽn, hay VP0.
Khi VGS > 0V, điện áp dương phân cực cho cực G sẽ hút electron thiểu số từ vùng nền P vào nền N, dẫn đến việc tăng tiết diện kênh Kết quả là điện trở kênh giảm và dòng điện ID vượt quá trị số bão hòa IDSS.
Trong trường hợp này ID lớn dễ làm hư MOSFET nên ít được sử dụng
* Phân cực cho MOSFET liên tục
Do MOSFET liên tục thường sử dụng ở trường hợp VGS < 0V nên cách phân cực giống như JFET
Cách tính các trị số điện áp VS,
VD, VGS, VDS và dòng điện ID cũng như cách xác định đường tải tĩnh giống như mạch JFET c Cấu tạo, ký hiệu của MOSFET kênh gián đoạn
Trong MOSFET giám đoạn thì hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N + ) Không dính liền nhau gọi là kênh gián đoạn Mặt trên kênh dẫn điện cũng
SCR – TRIAC – DIAC
5.1.1.Phân loại,cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý làm việc và ứng dụng Diac a Cấu tạo
Diac là linh kiện bán dẫn bao gồm ba lớp bán dẫn khác loại được ghép nối tiếp, tương tự như TZT, nhưng chỉ có hai chân tương ứng với hai cực Linh kiện này được coi là một TZT không có cực nền Do tính chất đối xứng của Diac, không cần phân biệt giữa hai chân T1 và T2 vì vai trò của chúng là như nhau Cấu tạo của Diac tương đương với bốn BJT được mắc nối tiếp.
Hình 2-68 Cấu tạo (a), mạch tương đương với cấu tạo (b), (c) b Ký hiệu và hình dáng thực tế
Hình 2.69 Ký hiệu và hình dáng thực tế của Diac c Nguyên lý, đặc tuyến Von-ampe của diac
Hình 2.70 Nguyên lý, đặc tuyến Von-ampe của diac
Diac được kích mở bằng cách nâng cao điện áp đặt vào 2 cực Umở = 20 40
UBO là điện thế ngập (Breakover) của Diac, tại điểm này dòng điện qua Diac đạt giá trị IBO, thường từ vài chục µA đến vài trăm µA Diac có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều, và đặc tuyến von-Ampe của nó tương tự như triac nhưng không cần điều khiển.
Khi điện áp U đặt lên diac nằm thấp hơn giá trị ngưỡng U0 hay cao hơn –U0 theo cả hai chiều diac đều không dẫn điện ( khóa ) U U 0 ( hay tại giới hạn
Khi U = U0, diac chuyển sang trạng thái dẫn điện với điện áp rơi nhỏ hơn U0 Dòng điện qua diac phụ thuộc vào mạch tải, duy trì ở mức I > I dt (I duy trì) theo cả hai hướng Nếu dòng tải I < I dt, diac sẽ tự khoá lại.
Khi chọn U 0 đủ lớn, diac được sử dụng trong mạch điện bảo vệ chống quá áp bằng cách nối song song tại đầu vào của tải tiêu thụ điện áp xoay chiều Khi sử dụng diac, cần chú ý đến hai thông số quan trọng: dòng tải và áp giới hạn, thường dao động trong khoảng 20 đến 40 V Đặc tuyến của diac tương tự như đặc tuyến của hai diode Zener nối tiếp nhưng ngược chiều nhau Điện thế VBo của Z1-Z2 là một yếu tố quan trọng cần lưu ý.
VBo = VD+VZ ( VD 0,7 V ) d Ứng dụng của diac
Diac thay cho một công tắc đóng ngắt điện xoay chiều bằng mức điện áp ( mức điện áp gọi là ngưỡng mở của diac )
Diac được dùng trong mạch điện bảo vệ chống quá áp khi nó được nối song song tại đầu vào của tải tiêu thụ điện áp xoay chiều
Ví dụ: Mạch dùng diac điều khiển triac
Hình 2.71 Mạch dùng diac điều khiển triac
Qua mạch VR-C1 và R-C2, điện áp xoay chiều UC2 đặt lên diac Khi
U C ( Uo: điện áp ngưỡng ) của diac thì diac thông tạo dòng xung làm triac thông, cấp điện cho tải ở cả 2 nửa chu kỳ xoay chiều
Góc mở triac được điều chỉnh bởi biến trở VR
Ví dụ: Điều khiển môtơ AC
Hình 2.72: Mạch điều khiển môtơ AC
Mạch này tương tự như mạch đèn mờ, nhưng được bổ sung thêm phần mạch R2C2 Tốc độ của motor được điều chỉnh thông qua chiết áp R1 Để nhận biết diac, bạn cần chú ý đến các đặc điểm hoạt động của nó.
Trong thực tế diac thường có màu xanh dương hoặc xanh hơi nâu và có mã số đặc trưng ghi trên thân: D…, DB…, N…, ST…
5.2.1 Phân loại, cấu tạo,ký hiệu và nguyên lý làm việc a.Cấu tạo
SCR được cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn khác loại sắp xếp theo thứ tự P-N-P-N Hai lớp ngoài được gọi là hai miền phát, trong đó miền phát P là anốt A và miền phát N là catốt K Hai lớp giữa được gọi là miền gốc, với tiếp giáp giữa hai miền gốc là lớp góp, còn tiếp giáp giữa mỗi miền gốc và miền phát là lớp phát Một trong hai miền gốc được đưa ra ngoài để tạo thành điện cực thứ ba, gọi là cực điều khiển G.
Nếu cực điều khiển ở cạnh catốt thì SCR có ký hiệu hình BJT và được gọi là SCR loại P
Nếu cực G ở cạnh một thì SCR thuộc loại N
SCR loại P được chế tạo bằng cách sử dụng phương pháp hợp kim để tạo ra SCR loại PNP tiếp mặt Tiếp theo, một lớp bán dẫn loại N được phủ lên cực góp của SCR thông qua phương pháp khuếch tán, tạo thành cực phát thứ hai.
2 là catôt Còn cực phát ban đầu sẽ là anôt, cực gốc ban đầu là cực điều khiển
SCR loại N được chế tạo bằng cách tạo ra một cấu trúc NPN, sau đó phủ lên cực góp một lớp bán dẫn P để hình thành catôt Cực phát ban đầu đóng vai trò là catôt, trong khi cực gốc là cực điều khiển Do đó, SCR có ba cực chính.
Cực điều khiển ( Gate: G ) gắn với lớp
SCR có 3 lớp tiếp xúc J1, J2, và J3
SCR, hay Thyristor, là một thiết bị bán dẫn có cấu tạo gồm một cặp BJT n1p2n2 và p1n1p1 được mắc liên hợp, cho phép phân tích nguyên lý làm việc của nó một cách dễ dàng Cấu trúc này giúp SCR có khả năng điều khiển dòng điện hiệu quả, với đặc điểm nổi bật là dòng vào I_A tương đương với dòng E1.
I = ( khi IG = 0 ) khi có IG 0 ta có: IK IA + IG
Hình 2.75 Cấu tạo và sơ đồ tương đưong của SCR
5.2.2 Ký hiệu và hình dáng thực tế
Hình 2.76 Ký hiệu và hình dáng thực tế của SCR
5.2.3 Nguyên lý, đặc tuyến Von-ampe của SCR Để phân tích nguyên lý của SCR, người ta có thể xem SCR giống như hai transistor gồm một transistor PNP (T2) và một transistor NPN (T1) ghép lại theo kiểu cực C của NPN (T1) nối với cực B của PNP (T2) và ngược lại cực C của PNP (T2) nối cực BJT của NPN (T1) a Trường hợp 1: SCR phân cực thuận
Xét mạch điện như sau:
A nối với cực dương và K nối với cực âm của nguồn VCC
Hình 2.77 Mạch phân cực thuận SCR
Mạch điện hình 2.77 mô tả SCR được cấu trúc như hai transistor, với T1 là transistor NPN và T2 là transistor PNP Trong trường hợp này, cực G của SCR để hở, tức là VGo = 0V.
Khi cực G có VG = 0V, transistor T1 không được phân cực, dẫn đến việc T1 ngưng dẫn Điều này khiến IB1 = 0 và IC1 = 0, từ đó IB2 cũng bằng 0, dẫn đến T2 cũng ngưng dẫn Kết quả là SCR không dẫn điện, với dòng qua SCR IA = 0V và VAK gần bằng VCC.
Khi điện thế nguồn VCC tăng đủ lớn để điện thế VAK đạt mức ngập VBo (Breakover), điện thế VAK sẽ giảm, tương tự như hoạt động của diode, dẫn đến dòng điện IA tăng nhanh Lúc này, SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện, và dòng điện tại thời điểm điện thế VAK giảm nhanh được gọi là dòng điện duy trì IH (holding) Sau đó, đặc tính của SCR sẽ tương tự như một diode nắn điện, trong trường hợp cực G để hở hoặc khi VAK > 0V.
Khi công tắc K1 được đóng để cấp nguồn VDC qua RG cho cực G, SCR sẽ dễ dàng chuyển sang trạng thái dẫn điện Transistor T1 được phân cực tại cực B, dẫn đến dòng điện IG vào cực cổng, tương ứng là IB1, làm cho T1 dẫn và tạo ra dòng điện IC1 Dòng điện IC1 trở thành IB2, khiến T2 cũng dẫn điện và tạo ra dòng điện IC2 Dòng điện IC2 cung cấp ngược lại cho T1, với IC2 = IB1, cho phép SCR tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần dòng IG liên tục.
Ta có: IC1 =IB2 và IC2 =IB1
Theo nguyên lý khuếch đại, dòng điện qua hai transistor T1 và T2 sẽ tăng dần, khiến chúng hoạt động ở trạng thái bão hòa Khi đó, điện thế VAK chỉ giảm rất nhỏ, khoảng 0,7 V, và dòng điện qua SCR sẽ được xác định.
Qua thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì điện thế ngập VBo càng thấp tức là SCR càng dễ dẫn điện
Hình c là đặc tính của SCR với ba trường hợp IG = 0 và IG2 > IG2 > 0 d SCR phân cực ngược ( VAK < 0 )
KIỂM TRA
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1 Hãy lựa chọn phương án đúng để trả lời các câu hỏi dưới đây bằng cách tô đen vào ô vuông thích hợp:
TT Nội dung câu hỏi a b c d
1.1 Thế nào là chất bán dẫn? a Là chất có khả năng dẫn điện b Là chất có khả năng dẫn điện yếu c Là chất không có khả năng dẫn điện d Là chất nằm giữa chất dẫn và cách điện
1.2 Các yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện của chất bán dẫn? a độ môi trường b Độ Nhiệt tinh khiết của chất bán dẫn c Các nguồn năng lượng khác d Tất cả các yếu tố trên
1.3 Dòng điện trong bán dẫn P là gì? b Là các điện tử tự do c dòng Là dòng các lỗ trống d Là dòng các ion âm d Là tất cả các yếu tố trên
1.4 Dòng điện trong chất bán dẫn N là gì? a Dòng các điện tử tự do b Dòng các lỗ trống c Dòng các ion âm d Tất cả các yếu tố trên
R nhỏ kích thuận R nhỏ kích ngược
1.5 Linh kiện bán dẫn có nhược điểm gì? a Điện áp ngược nhỏ b Có dòng rỉ ngược c Các thông số kỹ thuật thay đổi theo nhiệt độ d Các yếu tố trên
1.6 Điốt tiếp mặt có đặc điểm gì? a Dòng điện chịu tải lớn b Điện áp đánh thủng lớn c Điện dung tiếp giáp lớn d Tất cả các yếu tố trên
1.7 Điốt tiếp mặt dùng để làm gì? a Tách sóng b Nắn điện c Ghim áp d Phát sáng
1.7 Dòng điện chạy qua điốt có chiều như thế nào? a Chiều tuỳ thích b Chiều từ Anode đến Catode c Chiều từ Catode đến Anode d Tất cả đều sai
1.8 Mạch nắn điện dùng điốt có mấy loại dạng mạch? a Nắn điện một bán kỳ b Nắn điện hai bán kỳ c Nắn điện tăng áp d Tất cả các loại trên
1.9 Điốt tách sóng có đặc điểm gì? a Dòng điện chịu tải rất nhỏ b Công suất chịu tải nhỏ c Điện dung kí sinh nhỏ d Tất cả các yếu tố trên
1.10 Điốt tách sóng có công dụng gì? a Nắn điện b Ghim áp c Tách sóng tín hiệu nhỏ
CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITO
MẠCH KHUYẾCH ĐẠI ĐƠN
1.1 Mạch khuếch đại đơn mắc theo kiểu E-C
(Emitter common) a Sơ đồ nguyên lý
Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua tụ xuống mass để Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch
95 thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực
C, mạch có sơ đồ như sau b Tác dụng linh kiện
EC: là nguồn nuôi một chiều (+VCC) đại đơn mắc theo kiểu E-C
Q: Transistor làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu xoay chiều
R1, R2: định thiên cho Q, UBE = UR2 ( áp cố định )
RC: điện trở tải của tầng khuếch đại ( tải một chiều và xoay chiều )
C1: tụ ghép tầng đầu vào Dẫn tín hiệu cần khuếch đại vào cực BJT và ngăn không cho thành phần 1 chiều ảnh hưởng đến U~
C2: Tụ ghép tầng đầu ra Dẫn tín hiệu đã khuếch đại đưa sang tầng sau, ngăn không cho thành phần một chiều ảnh hưởng đến tầng sau
En: Nguồn tín hiệu đưa vào là hình sin để khuếch đại
Rn: Nội trở của nguồn tín hiệu
Rt: Tải tiêu thụ năng lượng của bộ khuếch đại
- Tín hiệu đưa vào giữa B và E Tín hiệu lấy ra giữa C và E Do vậy đây là mạch E chung c Nguyên lý làm việc
Khi tín hiệu xoay chiều hình sin (En) với biên độ nhỏ được đưa vào đầu vào, dòng điện xoay chiều bazơ của transistor Q sẽ xuất hiện, dẫn đến sự biến đổi của điện áp UBE tại Q.
Khi Ib thay đổi, Ic cũng thay đổi do mối quan hệ IC = Ib Điều này dẫn đến sự thay đổi điện áp trên cực C của transistor Q, ký hiệu là UC, theo quy luật của tín hiệu đầu vào Bởi vì Ic lớn hơn Ib và giá trị của RC cũng lớn, ảnh hưởng này càng rõ rệt hơn.
Ura = UC rất lớn hơn En Do tác dụng khuếch đại của Q nên tín hiệu ra có biên độ lớn hơn nhiều lần tín hiệu
- Tín hiệu được khuếch đại ghép qua C2 đưa sang tầng sau để khuếch đại tiếp
- Tín hiệu ở đầu ra và đầu vào ngược pha nhau:
+ Nửa chu kỳ dương của En
(+) trên, (-) dưới → UBE tăng → Ib tăng → Q dẫn mạnh → IC tăng →
UC giảm → tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào
+ Nửa chu kỳ âm của En (-) trên, (+) dưới → UBE giảm → Ib giảm → Q dẫn yếu→ IC giảm → Uc tăng → tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào d Đặc điểm
96 Điện trở vào của tầng khuếch đại
(RV) tương đối lớn có trị số từ 1 K đến 3 K
Hình 3.2: Giản đồ thời gian mạch khuếch đại đơn mắc theo kiểu E-C Điện trở ra của tầng khuếch đại (Rr) (RC) tương đối lớn vài K đến vài chục K
Hệ số khuếch đại dòng điện ( Ki ) tương đối lớn t t C
Hệ số khuếch đại điện áp ( Ku ) tương đối lớn từ 20100 lên:
- Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng 60%÷70% Vcc
- Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp
- Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể
Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào, nghĩa là khi điện áp tín hiệu vào tăng, dòng IBE và dòng ICE cũng tăng theo, dẫn đến sụt áp trên RC tăng và làm giảm điện áp chân C Ngược lại, khi điện áp đầu vào giảm, điện áp chân C cũng giảm theo.
C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào
Để ổn định điểm làm việc cho TZT, thường sử dụng phương pháp phân cực với hồi tiếp dòng điện âm, trong đó có RE mắc ở cực E Mạch E chung đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử.
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đơn mắc theo kiểu E-C
( Emitter common ) hồi tiếp dòng điện âm
1.2 Mạch mắc theo kiểu B-C ( Bazơ common ) a Sơ đồ nguyên lý: Hình 4.12
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch mắc theo kiểu B-C ( Bazơ common ) b Tác dụng linh kiện
EC: là nguồn nuôi một chiều ( +VCC )
Q: Transistor làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu xoay chiều
R1, R2 và RE: phân cực và ổn định điểm làm việc cho TZT Q
RC: Tải của tầng khuếch đại
Tín hiệu đưa vào giữa B và E
Tín hiệu lấy ra giữa C và B
( tín hiệu đưa vào chân B và lấy ra trên chân C, chân B được thoát mass thông qua tụ )
→ Do vậy đây là mạch E chung c Nguyên lý mạch điện
C Điện áp ra và điện áp vào đồng pha
+ Ở nửa chu kỳ dương của En (+) trên, (-) dưới → UE tăng (vì UBE = UB
-UE)→ Ib giảm → IC giảm ( vì IC = .Ib ) → UC tăng ( Vì UC = EC – ICRC, mà
EC, RC không đổi ) → U ra và Uv đồng pha
Trong nửa chu kỳ âm của En (-), khi UE giảm và UBE tăng (do UBE = UB - UE), dẫn đến Ib và IC tăng (vì IC = β.Ib) Đồng thời, UC giảm (do UC = EC - ICRC, trong khi EC và RC không đổi), khiến Ura và Uv đồng pha.
Giản đồ thời gian mô tả hình dạng điện áp đầu ra:
Rr tương đối lớn ( mạch EC
Ku tương đối lớn, khoảng 50
Ura và Uv đồng pha
Mạch làm việc ổn định ở tần số cao
Tầng mắc BC ít được sử dụng hơn so với tầng EC và CC do mặc dù nó cho phép đạt được hệ số khuếch đại điện áp và công suất cao, nhưng hệ số khuếch đại dòng điện lại nhỏ hơn 1, tức là mạch BC không khuếch đại dòng điện Một nhược điểm lớn của tầng mắc BC là trở kháng vào quá nhỏ, đây là nguyên nhân chính dẫn đến việc nó ít được áp dụng trong thực tế.
Việc sử dụng tầng BC thích hợp với các
Giản đồ thời gian mạch mắc theo kiểu B-C cho thấy nguồn tín hiệu có nội trở thấp, tương đương với điện trở ra tầng mắc CC, phù hợp cho vùng tần số làm việc cao.
1.3 Mạch mắc theo kiểu C-C ( Collector common ) a Sơ đồ nguyên lý: b Tác dụng linh kiện
EC: là nguồn nuôi một chiều (+VCC )
Q: Transistor làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu xoay chiều
RE: điện trở tải của tầng khuếch đại
C1: Tụ ghép tầng đầu vào Dẫn tín hiệu cần khuếch đại vào cực B và ngăn không cho thành phần 1 chiều ảnh hưởng đến Uv (tín hiệu vào )
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch mắc theo kiểu C-C
C2: tụ ghép tầng đầu vào Dẫn tín hiệu đã khuếch đại đưa sang tầng sau, ngăn không cho thành phần một ảnh hưởng đến tầng sau
En: nguồn tín hiệu đưa vào là hình sin để khuếch đại
Rn: nội trở của nguồn tín hiệu
Rt: tải tiêu thụ năng lượng của bộ khuếch đại Giống như mạch EC chỉ khác tải RE mắc ở cực E
Về mặt xoay chiều nội trở nguồn =0 ( coi như cực C nối mass đối với thành phần xoay chiều )
Tín hiệu đưa vào giữa B và C
Tín hiệu lấy ra giữa C và E
Như vậy cực góp ( C ) vừa tham gia mạch vào, vừa tham gia mạch ra, nên gọi là mạch C chung ( hay mạch cực góp chung ) c Nguyên lý làm việc
Tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha
+ Nửa chu kỳ dương của En (+) trên, (-) dưới → UBE tăng → Ib tăng → IC tăng ( vì IC = .Ib ) → IE tăng → URE tăng → Ur tăng ( Ur = URE ) → Ura và
+ Nửa chu kỳ âm của En (-) trên, (+) dưới → UBE giảm → Ib giảm → IC giảm ( vì IC = .Ib ) → I E giảm → U RE giảm → U r giảm → U ra và Uv đồng pha d Đặc điểm
Rv lớn vài chục K ( lớn hơn mạch EC ), RV lớn là một trong những ưu điểm quan trọng của tầng C chung
Rr nhỏ khoảng 10 50, thường được dùng phối hợp trở kháng với tải có trị số nhỏ
Ki tương đối lớn ( tương đương EC )
Ku 1 nên còn gọi là mạch khuếch đại lặp lại emiter
Hệ số khuếch đại công suất Kp
Ura và Uv đồng pha
Thường dùng phối hợp trở kháng với tín hiệu đưa vào khuếch đại có nội trở lớn và tải tầng khuếch đại có trị số nhỏ
Hình 3.7: Giản đồ thời gian mạch mắc theo kiểu C-C
Mạch cực góp (C) chung chủ yếu được sử dụng trong tầng khuếch đại âm tần đầu vào của máy quay đĩa và máy thu có quay đĩa Nó cũng được áp dụng trong tầng đệm thay biến áp giữa hai mạch cực phát chung, nhờ vào đặc điểm có trở kháng vào lớn, dễ dàng phối hợp với trở kháng ra lớn của transistor tầng trước, đồng thời có trở kháng nhỏ để phù hợp với trở kháng vào nhỏ của transistor sau.
Tầng khuếch đại mắc CC thường được sử dụng để khuếch đại dòng điện và công suất, với hệ số khuếch đại điện áp gần bằng 1 Tín hiệu ra từ emitơ luôn cùng pha với tín hiệu vào trên bazơ, do đó còn được gọi là bộ lặp emitơ Thiết bị này có trở kháng vào tương đối lớn và trở kháng ra tương đối nhỏ, rất phù hợp cho vai trò khuếch đại đệm cho nguồn tín hiệu hoặc đệm tiêu thụ.
MẠCH GHÉP PHỨC HỢP
Trong các mạch khuếch đại VHF, UHF hoặc tầng khuếch đại Micro, việc khuếch đại tín hiệu rất nhỏ với mức tạp âm thấp là một yêu cầu quan trọng Để đáp ứng yêu cầu này, cần lựa chọn transistor lưỡng cực (BJT) có hệ số tạp âm thấp hoặc sử dụng transistor trường (FET) Tuy nhiên, việc này có thể làm tăng giá thành và không phải lúc nào cũng có sẵn Do đó, mạch Cascode thường được sử dụng như một giải pháp thay thế hiệu quả.
Hình 3.8: Mạch Cascode dùng Transistor cùng loại b Tác dụng linh kiện
C1: tụ ghép tầng đầu vào, dẫn tín hiệu cần khuếch đại đưa vào cực B của Q1
C3: Tụ ghép tầng đầu ra, dẫn tín hiệu đã khuếch đại đưa sang tầng sau
EC: nguồn nuôi một chiều cung cấp điện cho mạch điện
R5: Ổn định chế độ công tác
R2 và R3: Điện trở định thiên cho Q2
C2: Nối mát cực B của Q2 và xoay chiều
Q1: TZT khuếch đại tầng vào
Q2: TZT khuếch đại tầng ra
Tín hiệu vào đưa vào đầu vào của Q1
Tín hiệu lấy ra ở đầu ra của Q2
Về phương diện 1 chiều Q1, Q2 mắc nối tiếp
Q1 là tầng vào trong sơ đồ EC (mạch E chung), có tổng trở vào tương đối lớn, hoạt động ở chế độ điện áp thấp nhằm giảm thiểu tạp âm, với điện áp UCQ1 khoảng 1V.
Q2 tầng ra - mắc theo sơ đồ BC ( mạch B chung ) để làm việc ở tần số cao, giảm tạp âm, có trở kháng ra lớn
Tín hiệu cần khuếch đại được cung cấp vào đầu vào (In) và được tụ C1 chuyển đến cực B của transistor Q1 Khi Q1 khuếch đại tín hiệu lên đủ mức, tín hiệu sẽ được lấy ra từ cực của nó.
C của Q1 được kết nối với cực E của Q2 để tiếp tục quá trình khuếch đại, tạo ra tín hiệu với hệ số khuếch đại cao và tạp âm thấp Tín hiệu này sau đó được C3 chuyển đến tầng khuếch đại tiếp theo.
Mạch có tạp âm nhỏ, hệ số khuếch đại tương đối lớn
Mạch có trở kháng vào lớn ( bằng Rvào của mạch EC ) và có trở kháng ra cũng lớn ( bằng Rra của mạch BC )
Mạch làm việc ổn định
Nhược điểm: điều chỉnh chế độ một chiều phức tạp
Mạch khuếch đại Cascode thường được sử dụng trong các ứng dụng tần số cao như băng VHF và UHF, cũng như trong các tầng khuếch đại micro của các thiết bị tăng âm Thiết kế của mạch này bao gồm hai tầng khuếch đại mắc nối tiếp, với tầng thứ hai được cấu hình kiểu BC để tăng tần số cắt và giảm nhiễu Tầng đầu tiên được mắc kiểu EC, hoạt động ở điện áp thấp với hệ số khuếch đại điện áp nhỏ Tuy nhiên, hệ số khuếch đại điện áp toàn mạch vẫn lớn, đạt khoảng vài trăm lần.
Trong nhiều tình huống, để đạt được hệ số khuếch đại dòng lớn và công suất đầu ra cao, người ta thường sử dụng sơ đồ Darlington, được cấu thành từ hai transistor mắc phức hợp Sơ đồ này bao gồm hai transistor Q1 và Q2 (hay T1 và T2), tạo thành một mạch khuếch đại hiệu quả.
) mắc với nhau theo kiểu 2 cực C1, C2 nối với nhau và cực E1 của transistor
Q1 nối vào cực B2 của transistor Q2 Chúng tạo thành một transistor tương đương có cực gốc B1 của transistor Q1, cực phát là cực phát E2, của transistor
Q2 và cực góp là cực góp ( C ) nối chung của 2 transistor
Trong mạch Darlington, 2 transistor có thể cùng loại hay khác loại trong trường hợp này, cách mắc hơi khác và cần chú ý tới transistor tương đương
Mạch Darlington có thể mắc theo kiểu cực phát chung ( CE ) hay cực gốc chung (CB)
Như vậy ta có hai dạng sơ đồ Darlington
+ Sơ đồ Darlington chuẩn: hai transistor cùng loại mắc phức hợp
+ Sơ đồ Darlington bù: 2 transistor khác loại mắc phức hợp
Mạch Darlington bao gồm các cặp transistor, trong đó mỗi cặp được coi là một transistor mới Chức năng của mạch chủ yếu được quyết định bởi transistor Q1, trong khi transistor Q2 có vai trò khuếch đại dòng ra Sơ đồ Darlington chuẩn thể hiện cấu trúc này rõ ràng.
Hình 3.9: Dùng 2 Transistor loại NPN
Hình 3.10: Dùng 2 Transistor loại PNP
+ Q1: Transistor kích thước ( drive ) công suất nhỏ quyết định tính chất ( loại ) của transistor tương đương
+ Q2: Transistor công suất - quyết định công suất ra của mạch
+ Hai cực C của Q1 và Q2 được đấu với nhau
Các tham số của transistor tương đương:
+ Hệ số khuếch đại dòng tĩnh: = 1 2
+ Điện trở đầu vào ( rBE = 2 rBE1 ) : RV = 2RBE1
+ Điện trở đầu ra ( rCE = 2/3 rCE2 ) : Rra = 2/3 RCE2 b Sơ đồ Darlington bù
Dùng 2 transistor khắc loại mắc thành 1 transistor tương đương loại NPN hoặc PNP
Hình 3.11: Sơ đồ Darlington bù
+ Q1: Transistor kích thích ( drive ) công suất nhỏ quyết định tính chất ( loại ) của transistor tương đương ( Q )
+ Q2: Transistor công suất - quyết định công suất ra của mạch
+ Cực E của Q1 và cực C của Q2 được đấu với nhau
Các tham số của transistor tương đương:
+ Hệ số khuếch đại dòng tĩnh: = 1 2
+ Điện trở đầu vào ( rBE = 2 rBE1 ) : RV = 2RBE1
+ Điện trở đầu ra ( rCE = 2/3 rCE2 ) : Rra = 2/3 RCE2
* Chú ý: Trong các mạch thực tế thường mắc thêm điện trở tải R có tác dụng tạo 1 sụt áp UR 0,4 V để điều khiển mở Q2 ( hay
T2 ) lúc dòng ra đủ lớn và chuyển chúng ( Q2 hay T2 ) từ mở sang khoá ( hay từ khoá sang mở ) nhanh hơn c Cách phân cực mạch khuếch đại
Cách phân cực của mạch khuếch đại Darlington giống như một tầng lặp emiter của tầng thứ nhất chính là dòng bazơ của tầng thứ hai
Hai transistor sẽ tương đương với 1 transistor có D = 1 2 và UBE
= 1,6V, khi đó dòng cực gốc được tính:
Do D rất lớn nên: I E = ( D + 1 ) I B D I B I C Điện áp phân cực là:
Hình 3.12: Phân cực của mạch khuếch đại
Ví dụ: Tính điện áp và dòng điện phân cực của mạch điện sau:
2.3 Mạch khuếch đại vi sai
Nhiều thiết bị điện tử cần một bộ khuếch đại đầu vào chất lượng cao, đảm bảo hoạt động ổn định với dòng ra không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và có khả năng chống nhiễu tốt Bộ khuếch đại vi sai đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu này.
Mạch khuếch đại vi sai có chức năng khuếch đại sự khác biệt giữa hai tín hiệu đầu vào, trong khi các mạch khuếch đại khác chỉ khuếch đại tín hiệu đầu vào trực tiếp.
Mạch gồm 2 đầu vào ( 2 cửa vào là UV1, UV2 ) và hai đầu ra (
Mạch khuếch đại vi sai hoạt động theo nguyên lý cầu cân bằng song song, với hai transistor U và E được nối với nhau Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, cả hai transistor cần được chế tạo trong cùng điều kiện và có giá trị điện trở R_C bằng nhau Cấu trúc đối xứng của mạch giúp nâng cao độ chính xác và ổn định trong quá trình khuếch đại tín hiệu.
Hai nhánh cầu là hai điện trở R C 1 và R C 2 trong đó R C = R C = R C
Hai nhánh cầu còn lại của cầu là hai transistor Q1 và Q2 được chế tạo trong cùng một điều kiện nên tham số giống nhau
Q3, Q4 và R1, R2, R3 tạo thành mạch ổn định dòng điện ( thường được gọi là dòng điện ) giữ cho dòng
I của Q1, Q2 luôn luôn ổn định Khi nhiệt độ thay đổi để mạch làm việc ổn định Điện áp một chiều cung cấp cho tầng vi sai là hai nguồn
E mắc nối tiếp nhau, điểm giữa nối mass, hai nguồn
E có thể khác nhau hay bằng nhau về trị số thường
105 tiếp nên điện áp cung cấp tổng là:
Trong mạch khuếch đại vi sai gọn phần nguồn ổn dòng dùng Q3, Q4 được thay bằng nguồn dòng ( nội trở lớn dòng ra không đổi ) IE như sau:
Hình 3.13: Mạch khuếch đại vi sai
Hình 3.14: Mạch khuếch đại vi sai rút gọn
* Tuỳ theo cách đưa tín hiệu vào mà có chế độ khác nhau: Đưa tín hiệu vào một đầu vào, còn một đầu nối đất - chế độ đơn
Hai đầu vào đưa hai tín hiệu khác nhau
- Chế độ vi sai Đưa cùng một tín hiệu hai đầu vào
Như vậy, tín hiệu đưa vào tầng khuếch đại vi sai có thể từ hai nguồn riêng biệt hoặc từ một nguồn và có thể đấu như sau:
Chú ý: Tín hiệu đưa tới đầu vào là tín hiệu xoay chiều (chế độ xoay chiều )
* Tín hiệu ra có thể lấy bằng hai cách:
Kiểu không đối xứng là điện áp lấy ra giữa một Collector (
+ U ra 1 = U r 1 = U C 2 lấy ra giữa cực C của Q1 và điểm mass
+ U ra 2 = U r 2 = U C 2lấy ra giữa cực C của Q2 và điểm mass
Kiểu đối xứng: là điện áp ra được lấy giữa hai Collector của Q1 và
U = = − lấy trên hai cực C của 2 transistor ( đường chéo của cầu ) b Sự ổn định chế độ làm việc của mạch khuếch đại vi sai
Xét nguyên lý làm việc của mạch ổn dòng ( gương dòng điện ), trong đó Q4 đấu thành diode để ổn định nhiệt cho Q3
I rất nhỏ so với I E 3 thì ta có:
Hình 3.15: Sự ổn định chế độ làm việc của mạch khuếch đại vi sai
Từ (4) suy ra IE được xác định phụ thuộc chủ yếu bởi độ lớn của
Các phần tử E không phụ thuộc vào nhiệt độ và có giá trị xác định, do đó có thể khẳng định rằng IE cũng không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
Khi nhiệt độ thay đổi, U sẽ biến thiên cùng gia số, tức là tăng khi gia số tăng và giảm khi gia số giảm Do đó, tử số của biểu thức (1) sẽ không thay đổi, dẫn đến chỉ số IE cũng không đổi (IE = const).
Dòng IE trong tầng khuếch đại vi sai duy trì sự ổn định trước mọi biến đổi nhiệt độ, thể hiện ưu điểm nổi bật của mạch khuếch đại vi sai Nhờ đó, mạch khuếch đại vi sai hoạt động một cách ổn định và hiệu quả Nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai cũng góp phần vào sự tin cậy trong hiệu suất của nó.
Ta xét các trường hợp sau:
* Trường hợp tín hiệu vào bằng 0 ( UV = 0 ) Đây là chế độ một chiều ( không có tín hiệu xoay chiều ):
Hình 3.16: Chế độ một chiều của mạch khuếch đại vi sai
Do mạch đối xứng nên:
I = = ( vì Q1 và Q2 giống nhau ) Các dòng collector bằng nhau vì các dòng emitter bằng nhau vì
I = = Điện áp trên mỗi collector sẽ là:
U = = − Điện áp ra lấy trên đường chéo cần là:
→ Khi Uv = 0 → Điện áp đầu ra đối xứng bằng 0
Trong thực tế, mạch không đối xứng hoàn toàn có thể dẫn đến tình trạng Uv = 0 nhưng Ur lại khác không Tuy nhiên, sai số này thường không đáng kể Trong một số trường hợp, có thể thiết kế mạch bù để khắc phục vấn đề này.
Sơ đồ này cho thấy sự ổn định cao trước sự thay đổi của nhiệt độ và điện áp nguồn, nhờ vào độ trôi đồng nhất của hai nhánh cầu.
U thay đổi cùng một gia số (
U thay đổi bao nhiêu thì
U cũng thay đổi bấy nhiêu và ngược lại )
Trong thực tế do không có sự đối xứng tuyệt đối nên
U và U C 2 thay đổi không hoàn toàn giống nhau, đầu ra có độ trôi nào đó ( 0
MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
3.1 Khái niệm, Phân loại, Đặc điểm của mạch khuếch đại công suất
Các mạch khuếch đại công suất là cần thiết để tăng cường tín hiệu ra, đáp ứng yêu cầu điều khiển các tải như loa, môtơ và bóng đèn Khác với các mạch khuếch đại thông thường, mạch công suất cần đảm bảo công suất lớn và đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật như độ méo phi tuyến và hiệu suất làm việc Do đó, việc nghiên cứu mạch công suất là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của các thiết bị điện.
Tầng công suất là bộ phận cuối cùng của bộ khuếch đại, có nhiệm vụ cung cấp công suất tối đa cho tải với độ méo âm thanh trong giới hạn cho phép và đảm bảo hiệu suất hoạt động cao.
Do tín hiệu lớn được khuếch đại, tranzitor hoạt động trong vùng không tuyến tính, vì vậy không thể áp dụng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ để nghiên cứu mà cần sử dụng đồ thị Phân loại tranzitor là một bước quan trọng trong việc hiểu rõ cách thức hoạt động của chúng.
Tầng công suất có thể làm việc ở chế độ A, B, A B, Và C, D tuỳ thuộc vào chế đô công tác của Tranzito
Chế độ A là chế độ khuếch đại cả hai bán kỳ (Dương và Âm) của tín hiệu hình sin đầu vào Mặc dù hiệu suất của chế độ này thấp, đặc biệt với tải điện trở dưới 25%, nhưng nó lại có méo phi tuyến nhỏ nhất, do đó thường được áp dụng trong các trường hợp đặc biệt.
Chế độ B của transistor được phân cực tại VBE = 0, hoạt động trong vùng ngưng và cho phép khuếch đại tín hiệu hình sin ngõ vào Chế độ này có hiệu suất cao (ηx%), mặc dù có méo xuyên giao lớn Tuy nhiên, vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách kết hợp với chế độ AB và sử dụng hồi tiếp âm.
Chế độ AB là chế độ hoạt động của transistor, có tính chất chuyển tiếp giữa chế độ A và B Trong chế độ này, transistor được phân cực gần vùng ngưng, cho phép tín hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nửa chu kỳ của tín hiệu vào Điều này có nghĩa là transistor hoạt động hơn một nửa chu kỳ - dương hoặc âm - của tín hiệu ngõ vào Chế độ AB cũng có dòng tĩnh nhỏ, giúp giảm thiểu méo khi tín hiệu vào có biên độ nhỏ.
Chế độ C của transistor cho phép phân cực trong vùng ngưng, chỉ khuếch đại một phần nhỏ của chu kỳ tín hiệu ngõ vào Mặc dù có hiệu suất khá cao (> 135%), chế độ này tạo ra méo tín hiệu lớn Chế độ C thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại cao tần với tải là khung cộng hưởng, nhằm chọn lọc sóng đài mong muốn và đạt hiệu suất tối ưu.
Chế độ D của Tranzito hoạt động như một khoá điện tử, cho phép đóng mở dòng điện Khi nhận tín hiệu vào, Tranzito sẽ chuyển sang trạng thái bão hoà, lúc này khoá đóng và dòng điện qua tranzito IC đạt giá trị tối đa Ngược lại, khi không có tín hiệu, khoá sẽ mở.
Tranzito ngắt dòng qua Tranzito bằng không IC =0
Mạch khuếch đại công suất có thể được phân loại thành hai nhóm chính: khuếch đại đơn, sử dụng một tranzito, và khuếch đại kép, sử dụng nhiều tranzito Phân loại này giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động và ứng dụng của các mạch khuếch đại trong sửa chữa và phân tích mạch.
Mô tả việc phân loại các mạch khuếch đại công suất
3.1.3 Đặc điểm của mạch khuếch đại công suất
Khi khảo sát tín hiệu trong mạch, cần chú ý đến tín hiệu có biên độ lớn và xem xét chế độ phân cực của mạch trong cả hai kỳ.
• Khoảng tần số làm việc của [20-20KHz], tần số audio
Tầng khuếch đại công suất, nằm ở ngõ ra tải, sử dụng các transistor công suất cao Do hoạt động ở mức công suất lớn, các transistor này tỏa nhiệt nhiều, vì vậy để ổn định hệ số khuếch đại và tăng tuổi thọ cho transistor, thường lắp thêm các bộ phận tản nhiệt.
• Việc tính toán công suất của đoạn mạch một cách tổng quát:
Công suất ac trên tải RL :
Công suất của nguồn cung cấp: PCC = VCC.ICQ
• Công suất tiêu tán của transistor: PT = PCC - PL
• Hiệu suất của mạch khuếch đại:
3.2 Mạch khuếch công suất đại đơn
Mạch khuếch đại công suất đơn làm việc ở chế độ A nên thường gọi là mạch khuếch đại công suất chế độ A
Q: transistor làm nhiệm vụ khuếch đại công suất
Rb: Điện trở định thiên
Rc: Tải của bộ khuếch đại
C1, C2: Tụ ghép tầng đầu vào, đầu ra
Ec: Nguồn nuôi một chiều cung cấp cho toàn mạch
3.2.3 Nguyên lý làm việc Để tín hiệu ra không bị méo điểm công tác tĩnh q được chọn nằm ở điểm giữa của đặc tuyến tải
Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đơn
Phương trình đường tải UCE = Ec - ICRC cho phép xây dựng đặc tuyến tải Khi hạ đường chiếu từ điểm Q đến hai trục tọa độ, chúng ta sẽ có các thông số quan trọng để phân tích.
Hình 3.19a Đặc tuyến của mạch khuếch đại đơn làm việc ở chế độ A
Từ điểm làm việc tĩnh ban đầu Q ta xác định được các tham số sau: (chế độ tĩnh)
+ Dòng định thiên ( dòng phân cực một chiều ) được tính theo EC và Rb: b b R
I bo = E C − BE = C − ( UBE 0,7V ) + Dòng điện tĩnh qua cực Công suất:
+ Điện áp trên cực Công suất chế độ tĩnh ( chưa có tín hiệu vào ) UCeo
+ Điện trở định thiên được xác định từ biểu thức:
Khi có tín hiệu vào giả sử dòng Ib là hình sin, điểm công tác thay đổi xung quanh điểm q ( trên đoạn thẳng AqB )
+ Ở nửa chu kỳ đầu dòng Ib tăng → Ic tăng → UCE giảm ( vì U CE = E C - I C R C
, mà Ec và Rc có giá trị cố định )
+ Ở nửa chu kỳ đầu dòng Ib giảm → Ic giảm → UCE tăng
Dòng IC biến đổi xung quanh giá trị ICo từ ICmax ICmin Điện áp UCE biến đổi xung quanh giá trị từ UCEo từ UCEmax UCemin ( hình c )
Khi tín hiệu AC (chế độ động) được cung cấp vào đầu vào của mạch khuếch đại, dòng điện và điện áp ra sẽ biến đổi theo đường tải một chiều.
Một tín hiệu đầu vào nhỏ sẽ làm thay đổi dòng điện cực gốc, dòng collector và điện áp collector-emiter (UCE) xung quanh điểm làm việc tĩnh Khi tín hiệu đầu vào lớn hơn, đầu ra sẽ biến thiên xa hơn so với điểm làm việc tĩnh đã thiết lập, cho đến khi dòng điện và điện áp đạt giá trị giới hạn Giá trị giới hạn của dòng điện có thể là 0 ở điểm kết thúc thấp hoặc Ec/RC ở điểm kết thúc cao của nửa chu kỳ hoạt động, trong khi giới hạn của điện áp collector-emiter có thể là 0V hoặc bằng giá trị nguồn cung cấp.
Hình 3.19bc Giản đồ thời gian của mạch khuếch đại đơn làm việc ở chế độ A
3.2.4 Các tham số của mạch
Công suất đưa ra tải:
Qua đồ thị hình 1a ta thấy
( CE max CE min C max C min r
Pr đạt giá trị cực đại (Pr max) khi:
+ UCE max - UCE min EC + ICmax - ICmin = 2ICo
B Điện áp UEC biến thiên từ UCE max đến UCE min
Dòng IC biến thiên từ ICmax đến ICmin
Giá trị nhỏ nhất của I C là I Cmin
Giá trị lớn nhất của I C là I Cmax
Giá trị nhỏ nhất của I C là I Cmin
Giá trị lớn nhất của I C là I Cmax
Biên độ U CE là IÊ m
Từ ( 4.7 ) ta thấy muốn tăng công suất ra phải tăng điện áp nguồn cung cấp
Công suất nguồn một chiều cung cấp Po ( công suất tiêu thụ của nguồn ): Po
Hiệu suất cực đại của mạch khuếch đại (): o r o r
Hiệu suất tối đa của mạch khuếch đại chế độ A với tải điện trở đạt 25% Tuy nhiên, hiệu suất này chỉ xảy ra trong những trường hợp đặc biệt, trong khi hầu hết các mạch khuếch đại chế độ A với tải điện trở thường có hiệu suất thấp hơn 25%.
Công suất tiêu tán trên mặt ghép collector (Pc)
CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG TRANZITO
MẠCH DAO ĐỘNG
1.1 Mạch dao động đa hài
Trong kỹ thuật, để tạo ra dao động không sin, người ta thường sử dụng bộ dao động tích thoát Bất kỳ bộ dao động không điều hòa nào cũng được xem là dao động không sin Bộ dao động sin bao gồm các linh kiện điện tử và mạch dao động với hai phần tử phản kháng: cuộn dây (L) và tụ điện (C) Trong bộ dao động tích thoát, phần tử tích trữ năng lượng được nạp điện và sau đó phóng điện qua thiết bị chuyển mạch đến mức xác định, rồi lại được nạp điện Nếu phóng điện qua điện trở, năng lượng tích lũy hầu như tiêu hao dưới dạng nhiệt Mạch dao động tích thoát chủ yếu gồm cuộn dây (L) và điện trở (R) hoặc tụ điện (C) và điện trở (R), trong đó mạch sử dụng R, C là phổ biến nhất.
• Mạch dao động đa hài là mạch dao động tích thoát tạo ra các xung vuông Mạch có thể công tác ở ba chế độ:
- Chế độ tự dao động gọi là trạng thái tự kích (không ổn) - Chế độ đồng bộ (đơn
131 ổn) - Chế độ đợi (lưỡng ổn)
1.1.1.Mạch dao động đa hài không ổn Định nghĩa: Mạch dao động đa hài không ổn là mạch dao động tích thoát dùng
R, C tạo ra các xung vuông hoạt động ở chế độ tự dao động
Mạch dao động đa hài không ổn thường sử dụng các tranzito NPN như Q1 và Q2, với mỗi linh kiện đảm nhiệm chức năng riêng biệt để tạo ra tần số dao động Giá trị của các linh kiện R và C quyết định tần số hoạt động của mạch Các điện trở R1 và R3 giúp giảm áp và cung cấp tải cho Q1, Q4, trong khi R2 và R3 có nhiệm vụ phân cực cho các tranzito Q1 và Q2 Hai tụ điện C1 và C2 có vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu xung giữa các tranzito Q1 và Q2.
Hình 4.1: Mạch dao động đa hài không ổn
Mạch trên Hình 4.1 có cấu trúc đối xứng: các tranzito cùng thông số vàcùngloại (hoặc NPN hoặc PNP), các linh kiện R và C có cùng trị số như nhau
Như đã nêu trên, trong mạch trên Hình 5.1, các nhánh mạch có tranzito
Q1 và Q2 là hai tranzito NPN đối xứng, với các linh kiện điện trở và tụ điện tương ứng có cùng trị số: R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2 Tuy nhiên, trong thực tế, không thể có tranzito và linh kiện điện trở, tụ điện hoàn toàn giống nhau do sai số Điều này dẫn đến việc khi cấp nguồn Vcc cho mạch điện, một trong hai tranzito sẽ dẫn trước hoặc dẫn mạnh hơn.
Khi phân cực của tranzito Q1 cao hơn, điện áp tại cực B của Q1 sẽ lớn hơn điện áp tại cực B của tranzito Q2, khiến Q1 dẫn trước Q2 Điều này làm giảm điện áp tại chân C của Q1, cho phép tụ C1 nạp điện từ nguồn qua R2, đưa Q1 về âm nguồn và làm giảm điện áp tại cực B của Q2, dẫn đến Q2 nhanh chóng ngưng dẫn Đồng thời, dòng IB1 tăng cao khiến Q1 dẫn bảo hòa Khi tụ C1 nạp đầy, điện áp dương trên chân tụ sẽ tăng điện áp cho cực B của Q2, làm Q2 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn điện Trong quá trình này, tụ C2 được nạp điện từ nguồn qua R3 đến Q2 về âm nguồn, làm giảm điện áp tại chân B của Q1.
Q1 từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng dẫn Tụ C1 xả điện qua mối nối B-
E của Q2 làm cho dòng IB2 tăng cao làm cho tranzito Q2 dẫn bão hoà Đến khi tụ C2 nạp đầy, quá trình diễn ra ngược lại
Trên cực C của 2 tranzito Q1 và Q2 xuất hiện các xung hình vuông, chu kỳ
T được tính bằng thời gian tụ nạp điện và xả điện trên mạchđược tính bằng thời gian tụ nạp điện và xả điện trên mạch
Do mạch đối xứng, ta có:
Trong đó: t1, t2: thời gian nạp và xả điện trên mạch
R1, R3: điện trở phân cực B cho tranzito Q1 và Q2
C1, C2: tụ liên lạc, còn gọi là tụ hồi tiếp xung dao động
Hình 4-2: Dạng xung trên các tranzito Q1 và Q2 theo thời gian
Từ đó, ta có công thức tính tần số xung như sau
Ngày nay, công nghệ chế tạo IC đã phát triển mạnh mẽ, dẫn đến việc lắp ráp mạch dao động không chỉ sử dụng tranzito mà còn phổ biến với IC 555 hoặc IC số Tuy nhiên, việc hiểu rõ cấu tạo và hoạt động của mạch dao động đa hài dùng tranzito là rất quan trọng, giúp chúng ta áp dụng kiến thức khi sửa chữa mạch trong các thiết bị.
1.1.2 Mạch dao động đa hài đơn ổn
Để phân biệt rõ ràng giữa mạch dao động đa hài không ổn và dao động đa hài đơn ổn, người học cần chú ý đến cách mắc các linh kiện trong mạch.
Mạch dao động đa hài đơn ổn có hai trạng thái chính: trạng thái dẫn bão hòa và trạng thái ngưng dẫn Trong đó, một trạng thái là ổn định, trong khi trạng thái còn lại lại không ổn định.
Trong trạng thái bình thường, mạch điện sẽ duy trì trạng thái này khi có điện áp cấp nguồn mà không bị tác động từ bên ngoài Khi ngõ vào nhận một xung kích thích, ngõ ra sẽ tạo ra một xung có độ rộng tùy thuộc vào các tham số của mạch, những tham số này có thể được định trước Vì vậy, mạch này còn được gọi là mạch định thời Sau khi xung ra kết thúc, mạch sẽ tự động trở về trạng thái ban đầu.
* Nguyên lí hoạt động của mạch (hình 4-3)
Khi cấp nguồn cho mạch, điện áp Vcc đi qua điện trở Rb2 làm tăng điện áp tại cực B của transistor Q2 lên trên 0,6V, dẫn đến trạng thái bão hòa và điện áp tại cực C cũng tăng theo.
Q2 0V Đồng thời điện trở Rb nhận điện áp âm -VB đặt vào cực B tranzito Q1 cùng với điện áp Vcc lấy từ điện trở Rb1 làm cho cực B tranzito Q1 có
Khi giá trị nhỏ hơn 0,3V, tranzito Q1 ngưng dẫn và điện áp trên cực C của Q1 tăng lên gần Vcc Tụ C1 được nạp điện từ nguồn qua điện trở Rc1 và mối nối BE của Q2 Mạch sẽ giữ nguyên trạng thái này nếu không có xung âm tác động từ bên ngoài vào cực B của tranzito Q2 qua tụ C2.
Hình 4-3: Mạch dao động đa hài đơn ổn
Khi xung âm tác động vào cực B của tranzito Q2, Q2 chuyển từ trạng thái dẫn bão hòa sang trạng thái ngưng dẫn, làm điện áp tại cực C của Q2 tăng cao Điện áp này qua tụ C2 làm tăng điện áp phân cực B của Q1, khiến Q1 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn bão hòa Lúc này, tụ C1 xả điện qua Q1, làm giảm điện áp phân cực B của Q2, khiến Q2 lại chuyển từ trạng thái dẫn sang ngưng dẫn Kết quả là điện áp tại cực C của Q2 tiếp tục tăng qua tụ C2, làm tăng điện áp tại cực B của Q1, dẫn đến việc tranzito Q1 duy trì trạng thái dẫn bão hòa.
Khi chấm dứt xung kích vào cực B của Q2, tụ C1 nhanh chóng nạp điện qua tiếp giáp BEQ2, khiến điện áp tại cực BQ2 tăng cao Điều này làm cho Q2 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn bão hoà, trong khi Q1 chuyển từ trạng thái dẫn trở về trạng thái ngưng dẫn ban đầu.
Hình 4-4: Dạng sóng ở các chân ra của mạch ở (hình 4-3)
Điều kiện làm việc của mạch đơn ổn định yêu cầu chế độ phân cực phù hợp, đảm bảo tranzito dẫn bão hòa Trong sơ đồ Hình 5.3, tranzito Q2 cũng cần phải dẫn bão hòa để hoạt động hiệu quả.
Hệ số bão hòa sâu k nằm trong khoảng từ 2 đến 4 Thời gian phân cách là khoảng thời gian tối thiểu giữa hai xung kích mở, đảm bảo mạch dao động đa hài đơn ổn định hoạt động Nếu các xung kích thích liên tiếp có thời gian quá ngắn, mạch dao động sẽ không hoạt động hiệu quả, dẫn đến tình trạng nghẽn mạch.
Ti: là thời gian lặp lại xung kích
Tx: là thời gian xung
Th: là thời gian phục hồi
Ta có: Ti > Tx + Th
• Các thông số kỹ thuật cơ bản của mạch
- Độ rộng xung là thời gian tạo xung ở ngõ ra mạch có xung kích thích, phụ thuộc chủ yếu vào tụ hồi tiếp và điện trở phân cực Rb2
Ta có công thức sau: tx = 0,69 Rb2.C1 (5-8)
Thời gian hồi phục là khoảng thời gian mà mạch điện chuyển từ trạng thái xung trở về trạng thái ban đầu, và yếu tố chính ảnh hưởng đến thời gian này là thời gian nạp điện qua tụ.
Vì trong thực tế sau khi hết thời gian xung mạch không trở về trạng thái ban đầu ngay do tụ C1 nạp điện qua Rc1 tăng theo công thức
Tụ nạp đầy trong thời gian 5 , nhưng thường chỉ tính Th = 4.Rc1 Độ rộng xung t= tx + th (5-10)
- Biên độ xung ra Ở trạng thái ổn định, Q1 ngưng dẫn, Q2 bão hòa nên ta có:
Như vậy, biên độ xung vuông âm do Q1 tạo ra:
V1 =Vcc - 0,2v Vcc và biên độ xung vuông dương do Q2 tạo ra:
• Một số mạch dao động đa hài đơn ổn khác a Mạch dao động đa hài đơn ổn dùng một nguồn (hình 4-5)
MẠCH XÉN
Mạch xén, hay còn gọi là mạch cắt ngọn tín hiệu, được sử dụng rộng rãi trong các mạch điều khiển và xử lý tín hiệu nhằm sửa dạng và giới hạn mức biên độ tín hiệu Mạch này có thể sử dụng Điot hoặc tranzito, và tùy thuộc vào nhu cầu, có thể thực hiện xén trên, xén dưới hoặc xén ở hai mức độc lập Bài viết này chỉ tập trung vào các mạch xén sử dụng tranzito, với mức xén được xác lập dựa trên chế độ phân cực của tranzito.
Hình 4.29: Đặc tuyến làm việc của tranzito
Do tính chất hoạt động của tranzito, khi biên độ tín hiệu ngõ vào thấp hơn mức phân cực, tranzito không dẫn và tín hiệu bị xén Ngược lại, khi tín hiệu ngõ vào vượt qua ngưỡng, tranzito dẫn bão hòa và tín hiệu cũng bị xén Từ đặc điểm này, các mạch xén sử dụng tranzito được thiết kế, bao gồm mạch xén trên, mạch xén dưới và mạch xén ở hai mức độc lập.
2.1 Mạch xén trên, xén dưới
Mạch có chức năng cắt bỏ phần trên hoặc phần dưới của tín hiệu đầu vào, thường được sử dụng để tách tín hiệu riêng trong một tín hiệu chung có nhiều thành phần khác nhau Các thành phần này có thể được điều chế dưới dạng biên độ hoặc dùng để sửa đổi dạng tín hiệu Trong loại mạch này, Transistor được phân cực tĩnh ở chế độ AB hoặc B.
C, hoặc D nằm nghiêng sang vùng ngưng dẫn, tuỳ vào mức tín hiệu cần xén (hình 5-19) Là mạch dùng để tách tín hiệu đồng bộ trong tín hiệu hình hỗn hợp trong kỹ thuật truyền hình có ngõ vào là pha dương, mạch xén trong trường hợp này là mạch xén ở mức dưới (cắt bỏ phần dưới của tín hiệu)
Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo
Mạch xén ở mức dưới hoạt động với tranzito được phân cực tĩnh trong chế độ ngưng dẫn nhờ điện trở Rb, khiến điện áp tại cực B giảm xuống 0V và điện áp tại cực C đạt Vcc Khi tín hiệu dương ngõ vào xuất hiện, điện áp tại B tăng dần cho đến khi đủ lớn để tranzito chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang dẫn điện, nhanh chóng vào vùng khuếch đại, với biên độ tín hiệu còn lại được khuếch đại tại cực C Ngược lại, khi tín hiệu ngõ vào có pha âm, mạch điện sẽ có cấu trúc khác.
Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo
Mạch xén ở mức trên là một dạng mạch quan trọng, bên cạnh đó còn nhiều dạng mạch khác được sử dụng để tách sóng hoặc tạo xung kích thích cho các tầng điều khiển.
Hình 4-32: Mạch xén dưới mức không
- Ngõ vào là các tín hiệu điều biên có tần số cao
- Tín hiệu có hai bán kỳ
Ngõ ra là các tín hiệu điều biên có tần ố thấp
Tín hiệu chỉ còn lại một bán chu kỳ tín hiệu dương và âm
- Được dùng trong các mạch tách sóng biên độ trong Radio
Trên sơ đồ mạch điện, tiếp giáp BE của tranzito hoạt động như một điot tách sóng, loại bỏ phần âm của tín hiệu ở mức không volt, đồng thời cũng là mạch khuếch đại dòng điện với tín hiệu ngõ ra được lấy từ cực E theo kiểu mắc C-C.
2.2 Mạch xén ở hai mức độc lập ở mạch xén này tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà người ta chọn xén hai mức cân xứng hay hai mức không cân xứng Một vấn đề quan trọng là ở mạch xén dùng Tranzito là biên độ tín hiệu ngõ vào phải khá cao để đảm bảo sao cho vùng tín hiệu bị xén nằm ngay trong vùng ngưng dẫn hoặc vùng bão hoà của tranzito, tín hiệu lấy ra nằm trong vùng khuếch đại trong trường hợp xén hai mức độc lập cân xứng thì tranzito được phân cực ở chế độ khuếch đại hạng A, nếu xén ở hai mức độc lập không cân xứng thì tuỳ vào yêu cầu mà người ta chọn Tranzito loại PNP hay NPN và phân cực ở chế độ AB để tăng tuổi thọ làm việc của tranzito
Hình 4-33 Mạch xén ở hai mức độc lập cân xứng
Hình 4-34 Mạch xén ở hai mức độc lập không cân xứng
Hai mạch xén được trình bày trong hình vẽ có sự khác biệt ở chế độ phân cực, dẫn đến sự thay đổi trong mức tín hiệu ngõ ra, mặc dù chúng vẫn giữ tính đối xứng và không đối xứng ở hai mức độc lập.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Câu 1 Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp với câu gợi ý dưới đây?
1.1 Hãy điền vào chỗ trống những nội dung thích hợp: a) Mạch dao động đa hài không ổn là b) Trong mạch dao động đa hài không ổn dùng hai tranzito có cùng thông số và cùng loại, các linh kiện quyết định tần số dao động là
Mạch dao động đa hài không ổn có thể được tạo ra do nhiều nguyên nhân khác nhau Để đạt được tần số dao động ổn định và chính xác, ngoài các linh kiện R và C, người ta còn có thể sử dụng tranzito trong mạch Mạch xén, hay còn gọi là mạch cắt, sử dụng tranzito để xác lập mức xén dựa trên các tham số nhất định Ổn áp là một mạch thiết lập nguồn cung cấp điện cho các mạch điện trong thiết bị, đảm bảo đáp ứng yêu cầu thiết kế của mạch điện.
1.2 Trả lời nhanh các câu hỏi dưới đây: a) Muốn thay đổi tần số của mạch dao động đa hài chúng ta nên thực hiện bằng cách nào ? b) Muốn thay đổi thời gian ngắt mở, thường gọi là độ rộng xung, cần thực hiện bằng cách nào? c) Muốn cho một tranzito luôn dẫn trước khi cấp nguồn, cần thực hiện bằng cách nào? d) Với nguồn cung cấp 12V tần số 1kHz dòng điện tải IC = 10mA dùng tranzito C1815 ( 0) hãy chọn các linh kiện RC cho mạch e) Hãy cho biết nguyên nhân vì sao một mạch dao động không thể tạo dao động được, khi điện áp phân cực trên hai tranzito hoàn toàn giống nhau
Câu 2 Hãy lựa chọn phương án mà học viên cho là đúng nhất trong các câu gợi ý dưới đây và tô đen vào ô vuông thích hợp
Mạch dao động đa hài đơn ổn sử dụng tranzito khác biệt so với mạch dao động đa hài không ổn ở các yếu tố như: cấu trúc mắc không đối xứng của các linh kiện, trị số linh kiện không đối xứng, và phương thức cung cấp nguồn Tất cả những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính ổn định và hiệu suất của mạch.
Để xác định trạng thái dẫn hay không dẫn của tranzito, có thể dựa vào nguyên lý bằng cách xem xét cách phân cực của mạch, đo điện áp phân cực, xác định ngõ vào và ra của mạch, hoặc kết hợp tất cả các yếu tố trên.
Thời gian phân cách bao gồm các yếu tố quan trọng: đầu tiên, thời gian giữa hai xung liên tục tại ngõ ra của mạch; thứ hai, thời gian giữa hai xung kích thích vào mạch; tiếp theo, thời gian xuất hiện xung; và cuối cùng, thời gian tồn tại xung kích thích.
MẠCH ỔN ÁP
MẠCH ỔN ÁP THAM SỐ
Hiện nay, điện áp một chiều đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Nó được sử dụng trong các máy vận chuyển, hệ thống truyền động máy cắt gọt, giao thông đường sắt như ôtô chạy điện và xe rùa bốc dỡ hàng, cũng như trong kỹ thuật điện hóa Động cơ một chiều nổi bật với mô men mở máy lớn, khả năng điều chỉnh tốc độ mượt mà và sự đa dạng trong lựa chọn công suất.
Việc sử dụng động cơ điện một chiều gặp một số hạn chế như dòng điện một chiều không phổ biến, quá trình chế tạo phức tạp và kích thước cồng kềnh Để có được dòng điện một chiều, cần phải chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều, loại điện được sử dụng rộng rãi, thông qua “Nguồn ổn áp một chiều”.
Nguồn ổn áp một chiều là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều 50Hz thành dòng điện một chiều với điện áp tùy chỉnh theo yêu cầu của phụ tải Điện áp đầu ra được duy trì ổn định trong một khoảng nhất định nhờ tín hiệu xung điều khiển Transistor Mạch ổn áp bao gồm bốn phần chính, trong đó biến áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp từ lưới điện 220V, tần số 50Hz thành điện áp thấp phù hợp cho đầu vào của bộ chỉnh lưu bán dẫn.
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, với độ nhấp nhô của điện áp đầu ra phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu được sử dụng.
+ Bộ lọc: là bộ để lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lưu nhằm mục đích san phẳng điện áp chỉnh lưu
+ Mạch ổn áp: là mạch để duy trì điện áp tải ở một khoảng nhất định khi phụ tải thay đổi đột ngột
Mạch ổn định là loại mạch điện giúp duy trì điện áp nguồn không bị biến đổi trước các tác động từ bên ngoài, chẳng hạn như sự thay đổi của lưới điện, điện trở tải hoặc nhiệt độ.
Có 2 mạch ổn áp: Ổn áp 1 chiều và ổn áp xoay chiều
1.1 Mạch ổn áp dùng diode zener
Hình 5.1 Sơ đồ mạch ổn áp dùng diode zener
- Khi Uv biến đổi lượng Uv khá lớn điện áp ra ổn định biến đổi rất ít Dòng Iô tăng tăng điện áp trên R hạn chế Ur ổn định
- Mạch điện trên ta thấy:
Theo KH II: Uv = UR1 + Ur (3.1)
Khi Uv tăng UR1 tăng Ur ổn định
Khi Uv giảm UR1 giảm Ur ổn định
Khi Uv = hằng số, chỉ có dòng tải tăng sẽ dẫn đến sự phân bố lại dòng Trong trường hợp này, Iô giảm trong khi Ir hầu như không đổi và Ur được duy trì ổn định.
Iô giảm Iô.R1 giảm Ir.Rt = Ur ổn định
Khi cần ổn định điện áp cao hơn điện áp ổn định của Dz người ta mắc nối tiếp 2 hay nhiều Dz với nhau
- Bộ ổn điện áp tham số có ưu điểm là đơn giản, tiết kiệm vốn
Chất lượng ổn áp thấp chỉ thích hợp cho tải tiêu thụ dòng nhỏ và không thể điều chỉnh mức điện áp theo yêu cầu hiệu suất thấp.
Mạch ổn áp tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh trong Ti vi màu
Hình 5.2 Sơ đồ mạch ổn áp dùng diode zener trong tivi màu
- Từ nguồn 110V không cố định thông qua điện trở hạn dòng R và ghim trên Dz 33V để lấy ra một điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kênh
Khi thiết kế mạch ổn áp, cần tính toán điện trở hạn dòng sao cho dòng điện ngược cực đại qua Dz nhỏ hơn giới hạn chịu đựng của Dz Dòng cực đại qua Dz được xác định bằng cách lấy sụt áp trên R chia cho giá trị R, và dòng điện này được ký hiệu là I1.
Thông thường ta nên để dòng ngược qua Dz ≤ 25 mA
1.2 Mạch ổn áp bù dùng TZT
Nhằm nâng cao chất lượng điện áp cho tải ( gọi là ổn áp so sánh, ổn áp có hồi tiếp )
Theo cấu trúc có 2 dạng bù cơ bản:
+ Ổn áp bù nối tiếp: phần tử điều chỉnh nối tiếp với tải
+ Ổn áp bù song song: phần tử điều chỉnh song song với tải
Mạch ổn áp bù nối tiếp có độ ổn định cao hơn và hiệu suất lớn hơn nên được sử dụng phổ biến trong thực tế
1.2.1 Sơ đồ khối của mạch ổn áp bù dùng TZT
Hình 5.3 Sơ đồ khối của mạch ổn áp bù dùng TZT a Chức năng các khối
- Khối áp lấy mẫu (sample): lấy 1 phần điện áp đưa vào bộ khuếch đại so sánh
Khối tạo điện áp chuẩn (Reference) thực hiện việc so sánh giữa điện áp chuẩn và điện áp mẫu, từ đó xác định độ sai lệch Độ sai lệch này được khuếch đại và sử dụng để điều khiển hoạt động của phần tử điều chỉnh.
Phần tử công suất điều chỉnh hoạt động như một biến trở, với nội trở của nó ảnh hưởng đến điện áp rơi trên phần tử Sự điều khiển này được thực hiện thông qua bộ khuếch đại so sánh, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Khi điện áp vào thay đổi, điện áp ra cấp cho tải thay đổi
- Mạch lấy mẫu sẽ theo dõi điện áp đầu ra thông qua một cầu phân áp tạo ra (Ulm : áp lấy mẫu)
- Mạch tạo áp chuẩn => ghim lấy một mức điện áp cố định ( Uc : áp chuẩn )
- Mạch so sánh sẽ so sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và áp chuẩn Uc để tạo thành điện áp điều khiển
Mạch khuếch đại sửa sai có chức năng khuếch đại áp điều khiển để điều chỉnh hoạt động của đèn công suất theo hướng ngược lại Khi điện áp ra tăng, mạch hồi tiếp sẽ điều chỉnh làm giảm dẫn của đèn công suất, dẫn đến điện áp ra giảm Ngược lại, khi điện áp ra giảm, mạch hồi tiếp sẽ tăng dẫn của đèn công suất, làm điện áp ra tăng Nhờ vậy, điện áp đầu ra được duy trì ổn định.
Cung cấp điện áp một chiều ổn định ở đầu ra, bất chấp sự biến đổi của điện áp đầu vào hoặc dòng tiêu thụ của tải, với điều kiện các thay đổi này nằm trong giới hạn cho phép.
- Cho điện áp một chiều đầu ra có chất lượng cao, giảm thiểu được hiện tượng gợn xoay chiều
1.2.2 Mạch ổn áp bù nối tiếp dùng 2 tranzitor khác loại a Sơ đồ nguyên lý: Hình 5.4
Hình 5.4 Mạch ổn áp bù nối tiếp dùng 2 tranzitor khác loại b Tác dụng linh kiện
Tụ C là tụ lọc nguồn chính, có nhiệm vụ lọc điện áp sau khi chỉnh lưu đạt 18V Đây cũng chính là điện áp đầu vào của mạch ổn áp, với khả năng tăng giảm khoảng 15%.
Đèn Q1 là nguồn cung cấp dòng điện chính cho tải, với điện áp đầu ra ổn định 12V được lấy từ chân C của mạch ổn áp.
- R1: là điện trở phân dòng có công suất lớn gánh bớt một phần dòng điện đi qua đèn công suất
- Cầu phân áp R5, VR1 và R6: tạo ra áp lấy mẫu đưa vào chân B đèn Q2
Diode zener Dz và R4: tạo một điện áp chuẩn cố định so với điện áp ra
- Q2: là đèn so sánh và khuyếch đại điện áp sai lệch => đưa về điều khiển sự hoạt động của đèn công xuất Q1
- R3 liên lạc giữa Q1 và Q2, R2 phân áp cho Q1 c Nguyên lý hoạt động
- Điện áp đầu ra sẽ có xu hướng thay đổi khi điện áp đầu vào thay đổi, hoặc dòng tiêu thụ thay đổi
Khi điện áp vào tăng, điện áp ra cũng tăng, dẫn đến điện áp chân E của đèn Q2 tăng cao hơn chân B, làm giảm UBE và khiến đèn Q2 dẫn giảm, kéo theo đèn Q1 cũng giảm dẫn, từ đó điện áp ra giảm Ngược lại, khi điện áp vào giảm, mạch điều chỉnh sẽ làm cho điện áp ra tăng Thời gian điều chỉnh của vòng hồi tiếp rất nhanh, chỉ khoảng vài micro giây, và các tụ lọc đầu ra giúp loại bỏ biến động, đảm bảo chất lượng của điện áp một chiều, kết quả là điện áp đầu ra tương đối phẳng.
MẠCH ỔN ÁP DÙNG IC
Để tối ưu kích thước và chuẩn hóa các tham số của bộ ổn áp một chiều kiểu bù tuyến tính, việc chế tạo dưới dạng vi mạch là giải pháp hiệu quả, giúp thuận tiện cho người sử dụng.
IC ổn áp có dòng điện I đạt 100mA, và có thể lên tới vài A hoặc thậm chí vài chục A Điện áp đầu ra của IC này có thể được cố định hoặc điều chỉnh, với công suất tiêu tán dao động từ vài W đến vài chục W.
IC ổn áp thông dụng hiện nay: 78xx, 79xx, LM105, LM309, LM317 Điện áp ổn định khoảng 2:50V hoặc 97V, 110V, 115V
Họ 78xx cho ra điện áp ổn định có cực tính dương, điện áp ra được chỉ thị bằng 2 số cuối
Ví dụ: A 7805 Điện áp ra + 5V
Mạch ổn áp sử dụng Diode Zener có ưu điểm là thiết kế đơn giản, nhưng nhược điểm là chỉ cho dòng điện nhỏ (≤ 20mA) Để tạo ra điện áp cố định với dòng điện mạnh hơn, người ta thường kết hợp thêm Transistor để khuếch đại dòng điện, như được thể hiện trong sơ đồ dưới đây.
Hình 5.6 Mạch ổn áp có Transistor khuyếch đại
- Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm B không thay đổi và tương đối phẳng
Nguyên lý ổn áp hoạt động bằng cách sử dụng điện trở R1 và diode Zener để duy trì điện áp ổn định tại chân B của transistor Q1 Khi điện áp tại chân E của transistor Q1 giảm, điện áp U BE cũng sẽ thay đổi, ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.
160 tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm cho điện áp chân E của đèn tăng và ngược lại
Mạch ổn áp đơn giản và hiệu quả, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Để thay thế cho mạch ổn áp truyền thống, các loại IC thuộc họ LA78 đã được sản xuất, với sơ đồ mạch thể hiện rõ ràng trong phần màu xanh của sơ đồ.
Hình 5.7 IC ổn áp họ LA78
Hình 5.8 IC ổn áp LA7805
Họ IC78 chỉ phù hợp cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống Để đảm bảo điện áp ra ổn định khi lắp ráp IC trong mạch, điện áp vào cần phải đáp ứng yêu cầu: UV = (1,2 ÷ 1,8)Ur.
* Ứng dụng của IC ổn áp họ 78xx
IC ổn áp họ 78 được dùng rộng rãi trong các bộ nguồn, như bộ nguồn của đầu VCD, trong Ti vi mầu, trong máy tính v v
Hình 5.9 Ứng dụng của IC ổn áp LA7805 và LA7808 trong bộ nguồn đầu VCD
2.1.2 IC ổn áp dương có điện áp ra điều chỉnh được ( Dùng IC LM317 )
IC LM317 là một bộ ổn áp dương cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra trong khoảng từ 1,25V đến 25V, với dòng ra tối đa lên đến 1,5A (cần có hệ thống tản nhiệt hiệu quả) Ngoài ra, IC LM317 còn được trang bị tính năng bảo vệ quá tải, đảm bảo an toàn cho mạch điện.
- Một số đặc điểm thông số kỹ thuật cơ bản của LM317 như sau:
- Hình dạng IC LM317: hình 5.10
Hình 5.10 Hình dạng IC LM 317
- Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của LM317 được trình bày như sau: Hình 3.11
Hình 5.11 Sơ đồ nguyên lý IC LM317
Để thiết kế mạch ổn áp với điện áp ra từ 0V đến 15V, ta sử dụng IC ổn áp LM317, một linh kiện phổ biến Tuy nhiên, LM317 chỉ cung cấp điện áp trong khoảng 1,25V đến 25V với cách mắc thông thường Do đó, cần áp dụng một cách mắc phối hợp để điều chỉnh điện áp ra về mức 0V, bằng cách sử dụng một mạch tạo ra điện áp âm U1 ≤ -1,25V.
+ Mạch sử dụng IC LM317, với cách mắc thông thường ( hình 5.12 ) điện áp ra chỉ nằm trong khoảng 1,2V 25V
Sơ đồ ổn áp sử dụng LM317 cho phép điều chỉnh điện áp ra thông qua việc thay đổi giá trị của các điện trở phân áp R1 và R2 Dòng điện tại chân ADJ rất nhỏ, chỉ từ 50 đến 100μA, trong khi điện áp trên R1 là 1,25V Từ đó, điện áp ra có thể được tính toán theo công thức cụ thể.
Do IADJ có giá trị rất nhỏ nên có thể tính gần đúng Ura như sau:
(3.3) + Phương pháp điều chỉnh Ur về mức điện áp 0V: Để có thể điều chỉnh Ur về mức 0V ta sử dụng cách mắc mạch phối hợp như sau:
Hình 5.13 Sơ đồ nguyên lý chỉnh mức điện áp ra về mức 0V Nguyên lý chỉnh Ur về mức 0V như sau:
Từ sơ đồ nguyên lý ta có:
Nếu ta có giá trị U1 ≤ -1,25V thì khi đó ta có thể điều chỉnh được điên áp Ur về mức 0V
+ Cách tăng dòng điện ra tải:
IC LM317 có khả năng cung cấp dòng điện ra tối đa là 1,5A Để đạt được dòng ra tải lên đến 3A, bạn có thể kết hợp thêm một transistor điều chỉnh với IC ổn áp.
Hình 5.14 IC ổn áp dùng thêm transistor ngoài để tăng dòng sử dụng
Transistor trong mạch có thể thay thế cho IC ổn áp khi Ir = IC IE, cho phép chọn loại transistor chịu được dòng 3A và tính toán phân cực phù hợp IC LM317 là một giải pháp ổn áp phổ biến, thường được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều nhờ vào điện áp ra ổn định và cách điều chỉnh điện áp đơn giản.
1 Họ IC 79xx Họ IC 79xx điện áp ra ổn định có cực tính âm, điện áp được chỉ thị bằng 2 số cuối:
Ví dụ: A 7905 Điện áp ra – 5V
Nguồn âm có thể được tạo ra một cách đơn giản bằng cuộn biến áp với đầu ra âm và dương Tuy nhiên, trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá cách tạo ra nguồn âm bằng cách sử dụng các nguồn dương có sẵn.
Việc tạo ra điện áp âm từ các nguồn điện áp dương dựa trên nguyên lý hoạt động của một nguồn xung cơ bản, trong đó quá trình phóng và nạp của các tụ điện diễn ra theo chu kỳ Điều này được thực hiện nhờ tác động của một xung vuông được tạo ra từ một mạch tạo xung.
Sơ đồ khối mạch như sau:
Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo điện áp âm sử dụng các IC LM7812, LM555 và các linh kiện R1, R2, C1, C2 để tạo ra một xung vuông với tần số được xác định bởi các giá trị R1, R2, C1 và biên độ khoảng 7,4V theo đặc tính của IC555 Khối tạo xung vuông này có thể được thay thế bằng bất kỳ mạch tạo xung vuông nào khác, chẳng hạn như mạch đa hài dao động hoặc mạch dao động sử dụng mạch di pha.
Tại chân số 3 (chân OUT) của IC 555, xung vuông có biên độ U0 = 7,4V được tạo ra Khi xung vuông ở mức cao, dòng điện từ chân 3 nạp vào tụ C3 và qua diode D1 xuống đất, dẫn đến việc tụ C3 được tích điện.
MẠCH ỔN ÁP XOAY CHIỀU
- Ổn áp này là sự phối hợp giữa ổn áp điện tử và tăng giàm điện điều khiển vô cấp
Thay vì điều chỉnh thủ công, việc điều chỉnh tự động bằng động cơ được áp dụng để thay đổi vị trí chổi điện trên bề mặt dây đã được cạo vỏ.
- Điều chỉnh động cơ servo DC12V qua hệ thống bánh răng khía trung gian
Khi điện áp vượt quá mức định sẵn, động cơ servo sẽ quay theo chiều tăng số vòng dây AX để giảm điện áp ra Ngược lại, nếu điện áp ra giảm xuống dưới mức định mức, động cơ servo sẽ quay theo chiều ngược lại để tăng điện áp đầu ra Khi điện áp đầu ra đạt mức định sẵn, động cơ servo sẽ ngừng hoạt động.
- Động cơ servo là động cơ 1 chiều đặc biệt có khả năng đáp ứng nhanh các thay đổi của điện áp nguồn
3.1.2 Mạch điện nguyên lý ổn áp điện áp xoay chiều điển hình a Sơ đồ nguyên lý: Hình 5.16
Hình 5.16 Sơ đồ nguyên lý của mạch ổn áp điện áp xoay chiều điển hình b Tác dụng linh kiện
- Cuộn dây AX của MBA tự ngẫu hình xuyến AX còn có 2 cuộn cách ly với cuộn dây chính để cấp nguồn cho mạch điều khiển
- Mạch nắn điện dùng 2 cuộn có điểm giữa ( Nếu CL bội áp thì không có điểm giữa và cầu lưu thì dùng 2 cuộn hạ áp không có điểm giữa )
Cấp điện áp AC từ cuộn hạ áp qua D1, D2 tạo thành 2 cấp 12V DC cấp cho các TZT ( Q1 Q12 )
- D2 và C1: chỉnh lưu và lọc điện
- R1 và Dz2: ổn áp tham số ( thực tế dùng ổn áp dải rộng hơn )
- Các TZT ( Q1 Q12 ): là các đèn ngược
Tùy từng loại TZT dùng trong mạch dải điều chỉnh điện áp mà mạch điện U tăng ít hay nhiều
- D3: ổn định chế độ làm việc cho Q1
- VR: chỉnh mức điện áp ra trên tải
Công tắc hành trình K1 và K2 được lắp đặt ở ngưỡng trên và dưới của giới hạn điều chỉnh, giúp ngăn chặn tình trạng điện áp ra vượt quá khả năng cho phép Khi điện áp biến động, chổi điện sẽ chạm vào một trong hai công tắc này, dẫn đến việc nối mass B(Q4) và B(Q8), làm cho động cơ ngừng quay Điều này giúp tránh tình trạng chổi điện bị mắc kẹt trong khoảng không có dây quấn AX và ngăn ngừa mất điện đầu ra Nguyên lý làm việc bắt đầu bằng việc đóng Apstomat AT để cấp nguồn cho toàn bộ mạch.
Khi điện áp Ur tăng hơn Uđm, điện áp một chiều sau D1 và D2 cũng tăng theo Do điện áp +12V sau R1 luôn giữ nguyên, phần tăng của điện áp này được đặt vào cực B của Q1, khiến Q1 dẫn mạch Kết quả là UC(Q1) giảm xuống và UE(Q1) tăng lên, làm cho Q2 và Q5 bị khóa Khi điện áp UC(Q2) tăng, Q3 dẫn mạnh, dẫn đến UC(Q3) giảm xuống và Q4 bị khóa Đồng thời, UC(Q4) tăng lên và UE(Q4) giảm xuống, khiến Q9 dẫn và Q12 bị khóa.
Mặt khác, Q4 và Q5 khóa, UC(Q5) dương lên, Q6 dẫn mạnh UC(Q6) âm xuống,
Q7 khóa, UC(Q7) dương lên, Q8 dẫn mạnh , UC(Q8) âm xuống đồng thời
Khi UE(Q8) dương lên, Q10 khóa và Q11 dẫn, tạo dòng điện qua động cơ từ nguồn qua D1, R24 và RCE(Q9) đến động cơ DC (chiều A B) CE(Q11) mass Động cơ quay theo chiều, làm cho chổi điện dịch chuyển về phía tăng số vòng dây cuộn AX, nhằm giảm điện áp đầu ra trên tải.
Khi điện áp ra giảm xuống dưới mức định mức, quá trình sẽ diễn ra ngược lại, dẫn đến việc Q4 dẫn điện và Q8 bị khóa Đồng thời, Q12 và Q10 sẽ mở, trong khi Q9 và Q11 bị khóa Cuối cùng, điện áp một chiều sau D1 sẽ đi qua R24 và RCE (Q10) đến động cơ DC theo chiều B A.
RCE(Q12) mass làm động cơ quay theo chiều làm cho chổi điện dịch chuyển về phía giảm số vòng dây cuộn AX để tăng điện áp ra trên tải
Khi điện áp ra đạt mức định mức, điện áp 1 chiều sau D2 cũng sẽ tương ứng đạt định mức Các transistor Q1 đến Q8 hoạt động trong trạng thái trung gian giữa khóa và bão hòa, dẫn đến cầu Uytton (Q4, Q9, Q12, Q10, Q11, Q8) duy trì sự cân bằng Do đó, không có dòng điện chạy qua động cơ DC, khiến chổi điện không hoạt động.
Mạch có thể bổ sung thêm nguồn acqui khô 12V hoặc tụ điện lớn để dự trữ năng lượng cho mạng điện Khi mạng điện bị mất đột ngột, nguồn năng lượng này sẽ giúp động cơ quay và dịch chuyển chổi điện về vị trí cuộn AX với số vòng lớn nhất, nhằm tránh hiện tượng tăng điện áp đột ngột khi có điện trở lại.
Một số mạch ổn áp hiện đại được cải tiến với mạch tạo trễ để kiểm soát rơle cấp điện áp ra cho tải Khi nguồn điện bị mất, rơle sẽ hở mạch và cắt điện áp đầu ra Khi điện áp trở lại, rơle chỉ đóng lại sau khi mạch điều khiển đã đưa chổi điện về vị trí an toàn, giúp bảo vệ tải khỏi hiện tượng “xốc điện”.
3.2 Một số mạch thực tế
* Mạch điện ổn áp điện áp xoay chiều hiệu Lioa NL -1000NM
Hình 5.17 Mạch điện ổn áp điện áp xoay chiều hiệu Lioa NL -1000NM
- IC2 ( BA6209 ): là cầu cân bằng Uytton
- IC1 ( HA17324) là các TZT điều khiển ( KĐại thuật toán thực hiện so sánh)
- Q1, Q2: là 2 TZT định giới hạn trên (250V) và giới hạn dưới (150V) trong phạm vi điều chỉnh thay cho công tắc hành trình cơ khí K1, K2
- IC ( AN7812 ) IC ổn áp + 12V DC
MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN TẢI AC
1.1 Mạch điều khiển động cơ AC dùng Diac và Triac
Hình 6.1 Mạch điện điều khiển tải AC dùng triac và diac 1.1.2 Tác dụng linh kiện:
- Đ: bóng đèn (tải AC) cần điều chỉnh độ sáng tối bằng phương pháp thay đổi điện áp
- (C2, R4) mắc song song triac để bảo vệ triac khi cần điều chỉnh điện áp chúng mang tính điện dung
- Diac đưa xung vào cực G (triac)
- R2 hạn chế dòng điều khiển vào G (triac)
- R1, VR tạo đường nạp cho C1 và điều chỉnh điện áp vào G (triac)
1.1.3 Nguyên lý làm việc: Đóng nguồn AC cấp điện áp cho toàn mạch
- Giả sử nửa chu kì đầu: (+) trên, (-) dưới
Tụ C1 được nạp điện qua R và VR, làm tăng điện áp trên C1 từ 0V đến ngưỡng mở cửa diac Khi tụ C1 phóng điện, dòng điều khiển sẽ dẫn qua diac và R1, giảm dòng dương vào G của triac Triac (+A, -K) thuộc T1 sẽ dẫn, cho phép dòng điện từ nguồn dương bóng đèn (Đ) đi qua triac âm nguồn, khiến bóng đèn sáng.
- Sang nửa chu kì sau: (-) trên, (+) dưới
Tụ C1 nạp điện qua R1 VR, làm tăng điện áp trên tụ từ 0 đến ngưỡng mở điac Khi C1 phóng điện âm qua điac, dòng dẫn giảm qua R1 G của triac, kích xung âm cho triac Triac thuộc T2 với (+A, -K) sẽ dẫn, tạo dòng qua động cơ từ nguồn dương qua triac đến bóng đèn (Đ) âm nguồn, khiến bóng đèn sáng.
Triac hoạt động hai chiều nhờ vào cực G kích xung âm hoặc dương, cho phép dòng xoay chiều đi qua bóng đèn Độ sáng của bóng đèn sẽ thay đổi tùy thuộc vào điện áp được cung cấp, vì góc kích mở vào cực G phụ thuộc vào biến trở (VR) điều chỉnh và điện áp đầu vào (U).
Hình 6.2 Giản đồ thời gian mạch điện điều khiển tải AC dùng triac và diac
- Dùng trong điều khiển đèn bàn
- Dùng trong điều khiển động cơ có công suất nhỏ như: quạt trần, quạt bàn
1.2 Mạch điều khiển động cơ AC dùng SCR và diac
1.2.1 Sơ đồ nguyên lý: Hình 6.3
Dùng 2 bộ chỉnh lưu có điều khiển mắc song song ngược chiều, với cách mắc như vậy có thể thực hiện điều chỉnh ở cả 2 nửa chu kỳ
Hình 6.3 Mạch điều khiển động cơ AC dùng thyristor và diac (Chỉnh lưu hình tia 2 pha có điều khiển)
- SCR1, SCR2: dẫn dòng ở 2 nửa chu kỳ cho phụ tải ( tương đương triac ) điều chỉnh điện áp xoay chiều cho động cơ
- Diac1, diac2: đưa xung dương (+) kích vào cực G của SCR1 và SCR2
- R1, R2: hạn chế dòng dương (+) đưa vào cực điều khiển G của SCR1 và SCR2 ( tức là dòng IG1, IG2 )
- C1, C2: nạp và phóng điện kích mở cho diac1 và diac2
- D1: dẫn dòng dương (+) nạp cho tụ C1 ( C2 không được nạp vì nối tắt )
- D2: dẫn dòng dương (+) nạp cho tụ C2 ( C1 không được nạp vì nối tắt ) D1, D2: tạo thành mạch nạp cho C1, C2
- R, VR: thay đổi giá trị điện trở của mạch nạp
Phương pháp điều chỉnh VR có ảnh hưởng lớn đến biên độ tải Rt (U, I) Khi VR có giá trị nhỏ nhất, biên độ tải đạt giá trị lớn nhất, dẫn đến tốc độ tải cực đại Ngược lại, nếu VR có giá trị lớn nhất, biên độ tải sẽ giảm Để thực hiện điều chỉnh này, cần đóng điện 1 pha (~ 220V) cho mạch.
- Giả sử đầu UV có cực tính dương (+) trên, âm (- ) dưới D1 phân cực thuận nên D1 dẫn, D2 phân cực ngược nên D2 khoá
D1 dẫn điện qua R và VR, tụ C1 được nạp điện từ +UV ( điểm A1 ) → Rt →
D1 → R → VR →C1 → -UV ( điểm B1 ) Sau thời gian t tụ C1 được nạp đầy
thế tại b dương diac1 thông đưa tín hiệu xung dương vào cực G của
SCR1 SCR1 phân cực thuận ( +A;-K ) SCR1 dẫn đưa điện vào tải Rt và góc mở SCR1 lớnc hay nhỏ phụ thuộc vào VR Dòng điện qua Rt từ +A1 →
Rt → SCR1 → -B1 Còn SCR2 không có xung và phân cực ngược nên SCR2 bị khoá
- Đến nửa chu kỳ sau thì tín hiệu vào đổi chiều: UV có chiều âm (-) trên, dương (+) dưới ( -A1;+B1 ) D2 phân cực thuận nên D2 dẫn còn D1 phân cực ngược nên D1 khoá
D2 dẫn điện qua VR và R, tụ
Sau thời gian t, tụ C2 được nạp đầy và khi điện áp C2 đạt đến ngưỡng mở của diac2, điện thế tại a trở nên dương Khi diac2 dẫn, nó sẽ gửi tín hiệu xung dương vào cực G của SCR2, đồng thời cho phép dòng chảy qua R2 kích hoạt cực G của SCR2.
SCR2 ) SCR2 được phân cực thuận ( +A;-K ) SCR2 dẫn đưa điện vào tải Rt Còn
SCR1 không có xung và phân cực ngược nên khoá Dòng điện qua tải Rt từ +B1 →
Quá trình cứ như thế tiếp diễn ở các chu kỳ sau của tín hiệu vào
Như vậy trong cả chu kỳ đều có dòng điện chảy qua tải Rt làm cho tải hoạt động liên tục
Khi điều chỉnh VR tức là điều chỉnh thời gian nạp cho tụ C,
C2 tức là điều chỉnh ngưỡng nmở của Diac1 và Diac2 làm cho xung kích vào cực G của
SCR1 và SCR2 nhiều hay ít và kết quả điện áp đặt lên tải Rt nhiều hay ít làm cho tải hoạt động nhanh hay chậm
Hình 6.4 Giản đồ thời gian mạch điều khiển động cơ AC dùng thyristor và diac
- Mạch điện trên thường được dùng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình
- Ngoài ra mạch điện còn được ứng dụng với việc điều chỉnh điện áp với máy biến áp có công suất nhỏ
- Dùng để điều khiển đèn bàn.
MẠCH ĐIỀU KHIỂN TẢI DC
2.1 Mạch đảo chiều quay động cơ 1 chiều dùng TZT
Hình 6.5 Mạch điều khiển tải DC
- Điện áp Uđk cấp vào A và B
- Đ động cơ 1 chiều cần đảo chiều quay bằng phương pháp đảo chiều điện áp đặt vào Uđk
- R1, R2 điện trở hạn chế dòng cho Q1, Q2
- D1, D2, D3, D4 bảo vệ tiếp giáp CE của Q3, Q4, Q5, Q6
- Động cơ nối giữa C(Q3), C(Q4) và C(Q6), C(Q5)
- Các Q3, Q5, Q6, Q4 mắc tương đương cầu
- Giả sử ban đầu Uđk (+A), (-B)
Khi B(Q1) dẫn, tiếp giáp CE(Q1) 0, C(Q1) âm xuống và điện áp B(Q3) âm xuống, Q3 dẫn đưa dương vào A1 Đồng thời, E(Q1) dương lên được đặt vào B(Q5), khiến Q5 dẫn và tạo tiếp giáp CE(Q5) 0, C(Q5) âm xuống và âm được đặt vào B1 Khi đó, dòng điện sẽ chảy qua động cơ từ +EC qua Q3 đến A (A1->B1) rồi qua Q5 tới mass Trong khi đó, âm ở B, các Q2, Q4 và Q6 đều ở trạng thái khóa.
- Đảo chiều quay của động cơ: Đảo U đk (-A), (+B)
+B(Q2) làm Q2 dẫn, tiếp giáp CE(Q2) 0, C(Q2) âm xuống và điện áp B(Q6) âm xuống, Q6 dẫn đưa dương vào B1 mặt khác E(Q2) dương lên đặt vào B(Q4)
Trong quá trình điều khiển động cơ, khi Q4 dẫn làm tiếp giáp CE(Q4) 0, điện áp C(Q4) âm được đưa vào A1, tạo ra dòng điện từ +EC qua Q6 đến Đ(B1->A1) -> Q4 -> mass Điều này khiến động cơ quay chiều ngược Đồng thời, tín hiệu âm ở A dẫn đến việc Q1, Q3 và Q5 đều bị khóa, ngăn cản dòng điện.
=> UA1B1 = 0 -> Động cơ không quay
- Tóm lại Uđk > 0: ( +A, -B ) động cơ quay thuận
Chú ý : Nếu D4 thuận thì +EC D4 ngắn mạch Q5 sẽ bị ngắn mạch dòng dương tăng không vào tải DC đường dây sẽ cháy
Dùng để đảo chiều quay động cơ công suất nhỏ và vừa Ứng dụng trong các hệ thống tự động nhỏ độ tin cậy cao
2.2 Mạch điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng IC tuyến tính
Hình 6.6 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng
- VR: Điều chỉnh điện áp cho IC MA 741
- IC MA 741: Khuếch đại không đảo
- Q1: Làm việc ở trạng thái khuếch đại
- D1, D2: Tạo ra 1 điện áp chuẩn
- R1, R2: Hạn chế dòng cho IC
- Đ: Động cơ cần điều chỉnh tốc độ
Mạch điện hình 4.6 cung cấp điện áp ổn định từ 3V đến 15V thông qua việc điều chỉnh VR1, với dòng điện ra đạt tối đa 50mA Khi điện áp vào được thiết lập ở +18V, việc điều chỉnh VR1 sẽ ảnh hưởng đến U2, từ đó điều chỉnh tốc độ động cơ Đ.
D1 và D2 tạo ra 1 điện áp chuẩn có giá trị UZ2+U1
Điện áp tổng hợp UZ2 + UD1 đạt 6,8V, với đặc điểm ổn định nhiệt trong một dải rộng do sự biến thiên ngược chiều của UZ2 và UD1 theo nhiệt độ Điện áp chuẩn này được chia qua R2 và R3, cung cấp tín hiệu khoảng 3V cho cổng P của IC 1 IC sử dụng là MA741, hoạt động ở chế độ khuếch đại không đảo, cho phép điều chỉnh hệ số khuếch đại thông qua giá trị của điện trở hồi tiếp âm VR4 – R4 Khi cổng P ở mức tối thiểu, hệ thống vẫn duy trì hiệu suất ổn định.
Khi chọn R4 với VR4 để đạt hệ số khuếch đại 5 lần, ta sử dụng R4 có giá trị 2,5k với VR1k, dẫn đến điện áp tại cổng ra IC là Ur1 = Up = 15V Qua Q1, điện áp Ur2 cũng đạt 15V Khi P ở điểm tận cùng trên VR1, IC hoạt động như bộ lặp với hệ số 1, và Ur1, Ur2 đều bằng 3V Sự ổn định của điện áp ra Ur1 và Ur2 được duy trì trong mạch, với điện áp thực hiện vòng phản hồi âm qua VR1R4, gia số Ur2 sau đó được IC so sánh với điện ngưỡng Up Kết quả là nhận được U’r2 với độ lớn tương đương nhưng ngược dấu, thể hiện nguyên lý ổn định điện áp kiểu bù Mạch điều khiển tốc độ dùng vi mạch khuếch đại cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua thay đổi điện trở hồi tiếp, từ đó xác định điện áp động cơ.
MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC
3.1 Mạch điều tốc độ động cơ điện một chiều dùng cầu chỉnh lưu, SCR và Transistor
Hình 6.7 Sơ đồ nguyên mạch điều tốc độ động cơ điện một chiều dùng cầu chỉnh lưu, SCR và Transistor
- Chỉnh lưu cầu đưa ( âm vào K, dương vào A) của SCR và đưa 1 chiều vào khối điều khiển cực G của SCR
- R1 hạ áp và giảm dòng tạo cho áp – dòng vào điều khiển cực G của SCR
=> R1 tác dụng như là điện trở công suất
- Q1 thuận, Q2 ngược được mắc B của Q1 nối C(Q2) và B(Q2) nối C(Q1) Tín hiệu chân E(Q2) sẽ được đưa vào G ( điều khiển ) của SCR Q1 và Q2 mở bão hòa và khóa
- Tụ C nạp điện qua ( VR nối tiếp R7 ) song song R5
3.1.3 Phân tích nguyên lí làm việc
Khi VR thay đổi Tnạp = Điện áp đặt lên động cơ: U đcơ = UAB – USCR khi tăng ( giảm ) USCR thì Uđcơ thay đổi
Tại thời điểm ban đầu tụ C chưa nạp điện ( UC = 0 )
Khi nguồn điện nhờ cầu CL 1 pha làm A ở SCR (+) hơn K tại thời điểm này điện áp 1 chiều đặt vào khối điều khiển, tụ C được nạp điện
E(Q1) nối tiếp với C, ban đầu UC = 0 khiến Q1 khóa và Q2 khóa SCR không được kích xung Khi điện áp nạp vào tụ tăng dần, E(Q1) dương lên, làm C(Q2) dương nhất và B(Q2) dương, dẫn đến Q2 dẫn Lúc này, E(Q2) dương lên, tạo ra xung dương vào cực G, khiến SCR mở và dòng điện chạy qua động cơ từ +A Đ Đ1 SCR(A K) D3 -B (ở 1/2 chu kỳ đầu) và +B D2 SCR D4 Đ -A (ở 1/2 chu kỳ sau) Động cơ bắt đầu hoạt động.
Muốn thay đổi xung làm SCR mở nhiều hay ít thì điều chỉnh VR
* Chú ý: - Điện áp đặt vào mạch điều khiển là điện áp thấp
- Động cơ AC: +1/2 chu kì đầu (+A) và (-B)
+ Động cơ Đ luôn chạy với điện áp xoay chiều được điều chỉnh tốc độ
Dùng điều chỉnh tải AC có công suất trung bình trong máy công cụ Điều chỉnh MBA 1 pha 1 cách rất hiệu quả, tin cậy
3.2 Mạch khống chế động cơ điện KĐB 3 pha quay 2 chiều dùng IC HA17324 và TZT
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý: Hình 6.8
Hình 6.8 Sơ đồ nguyên lý mạch khống chế động cơ điện KĐB 3 pha quay
2 chiều dùng IC HA17324 và TZT
- IC HA17324: là các TZT khuếch đại thuật toán so sánh
- R1: hạn chế bảo vệ cho biến trở VR
- VR thay đổi ( khống chế trạng thái đầu ra ) bằng sự thay đổi U vào
- R2, Dz1, D2: tạo cầu ổn áp cho IC
- D1, R3: hạn chế dòng và dẫn dương vào Q1
- D2, R4: hạn chế dòng và dẫn dòng dương vào Q2
-Q1, Q2: dẫn bão hòa và khóa ( công suất )
- Rơle1, Rơle2: tải của Q1 và Q2
- D1, D2: bảo vệ CE khi Q1 và Q2 khóa
- T, N: 2 công tắc tơ thuận và ngược khống chế động cơ 3 pha
- Khi VR di chuyển lên trên 1 điện áp 3 chân của VR tăng đặt vào chân 5, chân 10 của IC, mà các chân ( 2, 6, 9, 12 ) đặt 6V ổ áp Khi đó Vpin5 > Vpin6
Vpin7= 12V đưa vào chân 3, Vpin3 > Vpin2 Vpin1 V qua D1, R3
Dòng điện dương Q1 qua rơle1 kích hoạt đóng tiếp điểm, cung cấp nguồn cho công tắc tơ T Khi T có điện, tiếp điểm thường mở sẽ đóng, cấp nguồn vào stato của động cơ Việc mở T sẽ ngăn chặn N có điện Đồng thời, Vpin8 cũng được kết nối.
> Vpin9 Upin8 = Upin13 = 12V, Upin13 > Upin12 Upin14 = 0V làm D2 phân cực ngược khóa Q2 khóa N không có điện
Khi VR di chuyển xuống dưới, quá trình ngược lại xảy ra khi T mất điện, dẫn đến việc mở T và động lực cắt nguồn Đ Đồng thời, N đóng N đảo chéo trong 2 trong 3 pha cấp Đ, làm Đ quay theo chiều ngược lại.
- Khi VR di chuyển mà chân 3(VR) = 6V T, N mất điện động cơ Đ dừng lại
3.3 Mạch tự động khống chế đèn chiếu sáng dùng IC 741và Rơle trung gian
3.3.1 Sơ đồ nguyên lý: Hình 6.9
Hình 6.9 Sơ đồ nguyên lý mạch tự động khống chế đèn chiếu sáng dùng
IC 741và Rơle trung gian
- R, VR: tạo đường nạp và điều chỉnh thời gian nạp C
- R1, R2: tạo cầu phân áp đặt vào chân 3 (Vp)
- C: tạo khoảng thời gian trễ (khi C nạp)
- IC741: là IC khuếch đại thuật toán ( khuếch đại so sánh )
- R3: điện trở hạn chế dòng, định thiên cho Q
- Q dẫn bão hòa hay khóa
- D: bảo vệ tiếp giáp CE(Q) khỏi bị đánh thủng khi khóa đột ngột
Khi tụ C nạp điện, điện áp VN tại VP VPin6 +VCC dẫn đến bão hòa UC(Q) âm xuống, rơle sẽ được kích hoạt Lúc này, dòng điện từ +VCC đi qua rơle RCE (Q) đến mass, khiến rơle đóng tiếp điểm thường đóng và cấp nguồn AC cho thiết bị Đ.
Sau 1 thời gian nạp điện
Khi điện áp trên tụ C tăng lên do VN lớn hơn VP, với VPin6 bằng 0V, B(Q2) sẽ âm xuống, dẫn đến Q không hoạt động và không có dòng điện qua rơle Kết quả là rơle mất điện, mở tiếp điểm thường mở và ngắt nguồn cung cấp cho đèn, khiến đèn không sáng.
Để đặt lại trạng thái, ta ấn SW tụ C xả hết, khi đó UC = 0V và tụ C bắt đầu nạp điện, quá trình diễn ra như ban đầu Đây là mạch hẹn thời gian tắt, với thời gian tắt có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi VR Mạch này được ứng dụng làm rơle điện tử trong các mạch tự động kiểm soát thiết bị điện.
Chú ý : Muốn thay đổi trạng thái hẹn tắt thành mở ta có thể làm:
- Đảo vị trí chân 2 (741) cho chân 3(741)
- Hoặc thay Q ngược (H1061) thành đèn thuận (A761) và phân cực lại cho A761
3.4 Mạch tự động đóng căt đèn chiếu sáng dùng Transistor quang 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý:
Hình 6.10 Sơ đồ nguyên lý mạch tự động đóng căt đèn chiếu sáng dùng Transistor quang
- Q TZT quang ( loại ngược ) biến đổi điện trở RCE theo ánh sáng: Khi có ánh sáng chiếu vào B(Q) Q dẫn; khi ánh sáng chiếu vào B(Q) yếu thì Q khóa
- Q nối tiếp VR nối tiếp R1 phân áp cho Q1
- Q1, Q2 làm việc ở chế độ khóa mục đích tạo xung đk cho cực G của SCR
- D2 đưa xung dương vào G của SCR
- D1 chỉnh lưu nửa chu kì dương cấp +9V cho Q, Q1, Q2
- SCR dẫn cấp điện cho đèn sáng
- Khi có ánh sáng chiếu vào B(Q) Q dẫn RCE(Q) giảm 0 , VR hạ áp B(Q1) dương lên Q1 dẫn, C(Q1) âm xuống qua R1 làm B(Q2) âm xuống,
Q2 khóa C(Q2) dương lên qua D2 kích xung dương vào G(SCR) mà SCR ( +A,-K ) SCR dẫn cho dòng qua Đ, Đ sáng Dòng qua đèn ( dương nguồn Đ SCR âm nguồn )
Khi không có ánh sáng chiếu vào B(Q), Q khóa RCE(Q) làm cho B(Q1) âm xuống, trong khi C(Q1) dương lên Khi đặt vào B(Q2), Q2 dẫn C(Q2) không dương, dẫn đến việc không có xung vào G(SCR) Do đó, SCR khóa lại, không có dòng qua Đ, và đèn Đ không sáng.
Vậy khi có ánh sáng chiếu vào thì Đ sáng và ngược lại
Muốn điều chỉnh độ nhạy của mạch ta thay đổi VR cho phù hợp Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền
Nhược điểm: Độ ổn định không cao, dễ bị nhiễu khi biến động nhẹ của môi trường
3.4.4 Mạch điện sau đây có thể khắc phục được phần nào của nhược điểm trên
Chọn R và VR lớn hơn nhiều so với R1
Khi ánh sáng chiếu vào B(Q), đèn Q dẫn điện và điện áp bắt đầu giảm dần nhờ tụ C phóng, làm cho Q1 dẫn yếu dần Đèn vẫn sáng cho đến khi điện áp UC giảm đến ngưỡng khóa của Q1 (UB(Q1) < 0,2V), lúc này Q1 khóa lại, dẫn đến việc đèn tắt Do đó, khi trời sáng, đèn sẽ tắt, và khi trời tối, đèn sẽ sáng.