Điện Tử - Kỹ Thuật Mạch Điện Tử (Phần 2) part 8 doc

190 Hình 2.158 : Mạch khống chế xung đơn giản a) Sơ đồ nguyên lí; b) Dạng điện áp Để minh h ọ a ho ạ t độ ng hãy xét: Ví d ụ : m ạ ch ch ỉ nh l ư u có kh ố ng ch ế có d ạ ng nh ư hình 2.158a v ớ i biên độ đ i ệ n áp xoay chi ề u đầ u vào là 30V, đ i ệ n tr ở t ả i là 15Ω, R 1 =1kΩ. Hãy xác đị nh lo ạ i tiristo c ầ n thi ế t cho s ơ đồ , tính dòng đ i ệ n và đ i ệ n áp m ở tiristo đặ t vào c ự c G xác đị nh đ i ệ n áp kích m ở đặ t vào anôt c ủ a tiristo. Gi ả i: ĐỂ xác đị nh tiristo thích h ợ p cho m ạ ch, tr ướ c h ế t c ầ n l ư u ý ở đ ây tiristo ph ả i đả m b ả o luôn đ óng khi ch ư a có xung kích thích đặ t vào c ự c G. Ngh ĩ a là đ i ệ n áp ch ắ n thu ậ n c ủ a nó (U FxM ) ph ả i l ớ n h ơ n biên độ c ự c đạ i c ủ a đ i ệ n áp ngu ồ n (U FxM >30V); ch ọ n tiristo có U FxM = 50V. Bây gi ờ xét t ớ i đ i ề u ki ệ n dòng t ả i c ự c đạ i (I p ). Ứ ng v ớ i đ i ệ n áp vào c ự c đạ i, đ i ệ n áp trên t ả i s ẽ là: U K = e v - U AK do đ ó t AKv p R UE I − = khi tiristo m ở , đ i ệ n áp gi ữ a c ự c anôt và katôt c ủ a tiristo U AK đ i ể n hình là 1V, do đ ó có th ể tính : I p = (30V – 1V)/15Ω = 1,93A 191 Giá tr ị hi ệ u d ụ ng c ự c đạ i cho phép c ủ a dòng thu ậ n tiristo C6F là 1,6a. Nh ư v ậ y dùng tiristo C6F trong tr ườ ng h ợ p này là thích h ợ p. Để xác đị nh đượ c đ i ệ n áp và dòng c ự c G, c ầ n s ử d ụ ng đặ c tuy ế n Vôn-Ampe ngu ồ n kích thích c ự c G ứ ng v ớ i t ừ ng độ xung c ủ a tiristo C6F c ă n c ứ vào s ổ tay tra c ứ u bi ế t ứ ng v ớ i độ r ộ ng xung 20µs thì U G = 0,5v và I G = 0,1A. Dòng kích m ở c ự c G c ă n c ứ vào s ơ đồ nguyên lí b ằ ng I T = I G + I RL và I RL = U G /R 1 Do đ ó I T = I G + (U G /R 1 ) = 001mA + (0,5V/kΩ = 0,51mA. V ậ y đ i ệ n áp kích m ở c ự c G là U G 0,5V dòng kích m ở c ự c G là I T : 0,51mA. Nh ư trên đ ã bi ế t tiristo s ẽ đ óng khi dòng t ả i I T nh ỏ h ơ n dòng I H theo s ổ tay tra c ứ u đố i v ớ i C6F thì I H = lmA. T ừ s ơ đồ m ạ ch kh ố ng ch ế bi ế t e v = U AK + I H R 1 =1v + (1mA.15Ω) = 1,015V. Nh ư v ậ y tiristo s ẽ đ óng khi e v h ạ xu ố ng nh ỏ h ơ n 1,015V. b - Mạch khống chế pha 90 0 (h.2.159) Hình 2.159: Mạch khống chế pha 90 0 • Dòng kích m ở c ự c G đượ c l ấ y t ừ ngu ồ n cung c ấ p qua đ i ệ n tr ở R 1 N ế u R 1 đượ c đ i ề u ch ỉ nh đế n giá tr ị đ i ệ n tr ở nh ỏ thì tiristo s ẽ m ở h ầ u nh ư đồ ng th ờ i v ớ i n ử a chu kì d ươ ng đặ t vào anôt. N ế u R 1 đượ c đ i ề u ch ỉ nh đế n m ộ t giá tr ị l ớ n thích h ợ p thì tiristo ch ỉ m ở ở n ử a chu kì d ươ ng lúc e v đế n giá tr ị c ự c đạ i. Đ i ề u ch ỉ nh đ i ệ n tr ở R 1 trong kho ả ng 2 giá tr ị này tiristo có th ể m ở v ớ i góc pha t ừ 0 – 90 0 . N ế u t ạ i góc pha 90 0 mà I G không m ở tiristo thì nó c ũ ng không th ể m ở đượ c b ấ t c ứ ở góc pha nào vì t ạ i góc pha 90 0 dòng I G có c ườ ng độ l ớ n nh ấ t. Đ iôt Đ 1 để b ả o v ệ tiristo khi n ử a chu kì âm c ủ a ngu ồ n đ i ệ n đặ t vào c ự c G. T ừ hình 2.159 có th ể th ấ y r ằ ng trong kho ả ng th ờ i gian tiristo m ở , dòng I G ch ả y qua R 1 , D 1 và R t . B ở i v ậ y khi tiristo m ở có th ể vi ế t: e v = I G R 1 + U D1 + U G + I G R 1 ; IGR1 = ev - U D1 - I G R 1 - U G 192 ( ) tGGD1v G 1 RIUUe I 1 R −−−= (2-284) • Ví d ụ v ớ i s ơ đồ nguyên lí c ủ a m ạ ch kh ố ng ph ế pha nh ư hình 2-159, đ i ệ n áp ngu ồ n xoay chi ề u có biên độ là 30V, đ i ệ n tr ở t ả i 15Ω. Xác đị nh kho ả ng đ i ề u ch ỉ nh c ủ a R 1 để có th ể m ở tiristo t ạ i b ấ t kì góc nào trong kho ả ng 5-90 0 . Bi ế t r ằ ng dòng m ở c ự c G là 100µA, và đ i ệ n áp c ự c G là 0,5V. Giải : t ạ i 5 0 thì e v = 30sin5 0 = 30. 0,0872 = 2,6V. áp d ụ ng bi ể u th ứ c (2-370) tính đượ c : R t = (2,6v - 0,7v - 0,5v - 100µA. 15)/1OOµA R 1 = R 1min = 1,4V/100µA =14kΩ t ạ i 90 0 thì e v = 30 0 , sin90 0 = 30V t ươ ng t ự tính đượ c R 1 = R 1max = 288kΩ Nh ư v ậ y để góc m ở c ủ a tiristo có th ể m ở t ừ 5 0 – 90 0 thì đ i ệ n tr ở R 1 ph ả i đ i ề u ch ỉ nh t ừ 14kΩ đế n 288kΩ. c - Mạch khống chế pha 180 0 Hình 2.160: Mạch khống chế pha 180 0 M ạ ch kh ố ng ch ế pha 180 0 đ i ể n hình trình bày trên hình 2.160. M ạ ch này t ươ ng t ự nh ư m ạ ch kh ố ng ch ế pha 90 0 đ ã bi ế t ở hình 2.15e ch ỉ khác là thêm vào đ iôt Đ 2 và t ụ đ i ệ n C 1 . Kho ả ng n ử a chu kì âm c ủ a đ i ệ n áp đặ t vào, t ụ C 1 đượ c n ạ p theo chi ề u âm nh ư d ạ ng đ i ệ n áp trình bày trên hình 2.160: Quá trình n ạ p ti ế p di ễ n t ớ i giá tr ị c ự c đạ i c ủ a n ử a chu kì âm. Khi đ i ể m c ự c đạ i c ủ a n ử a chu kì âm đ i qua đ iôt Đ 2 đượ c phân c ự c âm (vì anôt c ủ a nó đượ c n ố i v ớ i t ụ đ i ệ n C 1 có đ i ệ n th ế âm so v ớ i katôt). Sau đ ó t ụ C 1 phóng đ i ệ n qua đ i ệ n tr ở R 1 . Tùy theo giá tr ị c ủ a R 1 mà C 1 có th ể phóng h ế t ( đ i ệ n áp trên hai c ự c c ủ a t ụ b ằ ng 0), ngay khi b ắ t đấ u n ử a chu kì d ươ ng c ủ a ngu ồ n đặ t vào tiristo, ho ặ c có th ể duy trì m ộ t đ i ệ n áp âm nh ấ t đị nh trên c ự c c ủ a nó cho mãi t ớ i góc pha 180 0 c ủ a chu kì d ươ ng ti ế p sau đặ t vào tiristo. Khi t ụ C 1 tích đ i ệ n theo chi ề u âm thì D 1 c ũ ng b ị phân c ự c ng ượ c và xung d ươ ng không th ể đư a vào để kích m ở cho 193 tiristo. Nh ư v ậ y b ằ ng cách đ i ể u ch ỉ nh R 1 ho ặ c C 1 ho ặ c c ả hai có th ể làm tiristo m ở ở b ấ t c ứ góc nào trong kho ả ng t ừ 0 -180 0 c ủ a n ử a chu kì d ươ ng ngu ồ n đ i ệ n áp đặ t vào tiristo. Hình 2.161: Mạch khống chế pha với điôt chỉnh lưu Trên c ơ s ộ s ơ đồ nguyên lí đơ n gi ả n hình 2.160 có th ể thay đổ i đ ôi chút v ề k ế t c ấ u m ạ ch để đượ c d ạ ng đ i ệ n áp ra trên t ả i theo ý mong mu ố n (h.2.161). Đ iôt D 3 đượ c m ắ c thêm vào làm cho trên t ả i xu ấ t hi ệ n c ả n ử a chu kì âm c ủ a đ i ệ n áp ngu ồ n cung c ấ p s ự kh ố ng ch ế ch ỉ th ự c hi ệ n đố i v ớ i n ử a chu k ỳ d ươ ng c ủ a ngu ồ n. Hình 2162 : Mạch khống chế đảo mắc song song Trên hình 2.162 trình bày s ơ đồ hai b ộ ch ỉ nh l ư u có kh ố ng ch ế dòng tiristo m ắ c song song ng ượ c chi ề u. B ằ ng cách m ắ c m ạ ch nh ư v ậ y có th ể th ự c hi ệ n kh ố ng ch ế đượ c c ả n ử a chu kì d ươ ng l ẫ n chu kì âm. Trên đ ây m ớ i ch ỉ nêu nh ữ ng ví đụ đơ n gi ả n ứ ng d ụ ng tiristo các m ạ ch ch ỉ nh l ư u có kh ố ng ch ế . 194 2.7.3. Vài dụng cụ chỉnh lưu có cấu trúc 4 lớp a – Triac Hình 2.163: Cấu trúc (a) sơ đồ tương đương (b) và đặc tuyến (c) của TRIAC C ấ u t ạ o, s ơ đồ t ươ ng d ươ ng và đặ c tuy ế n Vôn -Ampe c ủ a triac đượ c trình bày trên hình 2.163. T ừ đ ó có th ể th ấ y r ằ ng triac t ươ ng d ươ ng v ớ i hai tiristo m ắ c song song ng ượ c chi ề u. Các c ự c c ủ a nó g ọ i là A 1 , A 2 và G.A 2 đ óng vai trò anôt, A 1 đ óng vai trò catôt. Khi c ự c G và A 1 có đ i ệ n th ế (+) so v ớ i A 2 tiristo t ươ ng đươ ng Q 1 và Q 2 m ở , khi ấ y A 1 đ óng vai trò anôt còn A 2 đ óng vai trò cat ố t. T ừ đ ó th ấ y r ằ ng TRIAC có kh ả n ă ng d ẫ n đ i ệ n theo c ả hai chi ề u. P 2 N 1 A 2 N 2 P 1 N 4 N 3 P 3 A 1 P 2 N 1 A 2 G N 2 P 1 N 4 N 3 P 3 A 1 a) b) c) 195 Hình 2.164: Khảo sát mạch khống chế dùng TRIAC qua mô phỏng S ơ đồ kh ố ng ch ế dùng TRIAC đượ c trình bày trên hình 2.164. Chú ý r ằ ng kí hi ệ u quy ướ c c ủ a TRIAC là t ổ h ợ p c ủ a hai kí hi ệ u tiristo. Trong kho ả ng n ử a chu kì d ươ ng c ủ a đ i ệ n áp đặ t vào, đ iôt Đ 1 đượ c ph ầ n c ự c thu ậ n, đ iôt D 2 phân c ự c ng ượ c và c ự c G d ươ ng so v ớ i A 1 . Đ i ề u ch ỉ nh R 1 s ẽ kh ố ng ch ế đượ c đ i ể m b ắ t đầ u m ở c ủ a TRIAC. b- Về mặt cấu tạo Đ IAC hoàn toàn gi ố ng nh ư TRIAC nh ư ng không có c ự c kh ố ng ch ế G. Đ IAC đượ c kích m ở b ằ ng cách nâng cao đ i ệ n áp đặ t vào h ạ i c ự c. Kí hi ệ u m ạ ch và đặ c tuy ể n Vôn -Ampe c ủ a Đ IAC đượ c trình bày trên hình 2.165. 196 Hình 2.165: Kí hiệu và dạng đóng vỏ của ĐIAC; TRIAC c – Đ i ố t b ố n l ớ p Đ i ố t b ố n l ớ p đượ c g ọ i là đ iôt SOV-lay, có c ấ u t ạ o t ươ ng t ự nh ư tiristo nh ư ng không có c ự c kh ố ng ch ế G, đượ c kích m ở b ằ ng cách nâng đ i ệ n áp trên hai c ự c đ iôt (v ượ t quá đ i ệ n áp m ở thu ậ n). Kí hi ệ u m ạ ch và đặ c tuy ể n Vôn -Ampe c ủ a đ iôt b ố n l ớ p đượ c trình bày trên hình 2.166 ; đ i ệ n áp m ở thu ậ n c ủ a đ iôt 4 l ớ p t ươ ng ứ ng vôi đ i ệ n áp đ ánh th ủ ng thu ậ n c ủ a tiristo. Dòng c ự c ti ề u ch ả y qua để đ iôt m ở g ọ i là dòng m ở (I s ) Hình 2.166: Kí hiệu mạch và đặc tuyến của điốt bốn lớp Hình 2.167: Mạch dao động dùng điôt bốn lớp . I G R 1 ; IGR1 = ev - U D1 - I G R 1 - U G 192 ( ) tGGD1v G 1 RIUUe I 1 R −−−= ( 2-2 84 ) • Ví d ụ v ớ i s ơ đồ nguyên lí c ủ a m ạ ch kh ố ng ph ế pha nh ư hình 2-1 59, đ i ệ n áp ngu ồ n. R 1 ph ả i đ i ề u ch ỉ nh t ừ 14kΩ đế n 288 kΩ. c - Mạch khống chế pha 180 0 Hình 2.160: Mạch khống chế pha 180 0 M ạ ch kh ố ng ch ế pha 180 0 đ i ể n hình trình bày trên hình 2.160 : R t = (2,6v - 0,7v - 0,5v - 100µA. 15)/1OOµA R 1 = R 1min = 1,4V/100µA =14kΩ t ạ i 90 0 thì e v = 30 0 , sin90 0 = 30V t ươ ng t ự tính đượ c R 1 = R 1max = 288 kΩ Nh ư v ậ y