chương 5 mạch không đồng bộ một trạng thái ổn định

MỘT TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH Đây là loại mạch có một trạng thái ổn định bền.. Trạng thái thứ hai của nó chỉ ổn định trong một khoảng thời gian nhất định nào đó phụ thuộc vào tham số của mạch s

MỘT TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH

Đây là loại mạch có một trạng thái ổn định bền Trạng thái thứ hai của nó chỉ ổn định trong một khoảng thời gian nhất định nào đó (phụ thuộc vào tham số của mạch) sau đó mạch lại quay

về trạng thái ổn định bền ban đầu Vì thế, mạch còn có tên là trigơ một trạng thái ổn định hay đa hài đợi hay đơn giản hơn là mạch rơ le thời gian

3.3.1 Đa hài đợi dùng

tranzito

Hình 3.17a chỉ ra mạch điện nguyên lí và hình 3.17b là giản đồ đlện áp - thời gian minh họa nguyên lí hoạt động của mạch đa hài đợi dùng tranzito

Hình 3.17: Mạch điện nguyên lý đa hài đợi dùng tranzito (a), giản

đồ thời gian qua bốn

điểm đo Uvào; UB1;

UB2; Ura (b)

Thực chất mạch hình 3.17a là một trigơ RS, trong đó một trong các điện trở hồi tiếp dương được thay bằng một tụ điện Trạng thái ban đầu T2 mở -T1 khóa nhờ R, T2 mở bão hòa làm UCE2 = UBEI = 0 nên T1 khóa, đây là trạng thái ổn định bền (gọi là trạng thái đợi)

Lúc t = to có xung điện áp dương ở lối vào mở T1, điện thế cực colectơ của T1 giảm từ +E xuống gần bằng 0 Bước nhảy

điện thế này thông qua bộ lọc tần số cao RC đặt toàn bộ đến cực bazơ của T2 làm điện thế ở đó đột biến từ mức thông (khoảng +0,6v) đến mức -E + 0,6v ≈ -E, do đó T2 bị khóa lại Khi đó T1 được đuy trì ở trạng thái mở nhờ mạch hồi tiếp dương R1R2 ngay cả khi điện áp vào bằng 0 Tụ C (đấu qua R đến điện thế +E) bắt đầu nạp điện làm điện thế cực bazơ T2 biến đổi theo quy luật :

Với điều kiện ban đầu: UB2(T = to) = -E

và điều kiện cuối: UB2(T -> ∞) = E

T2 bị khóa cho tới lúc t = t1 (h.3.17b) khi UB2 đạt tới giá trl

+0,6 khoảng thời gian này xác định từ điều kiện UB2(t1) = 0 và

quyết định độ dài xung ra tx:

Sau lúc t = t1, T2 mở và quá trình hồi tiếp dương qua R1,

R2 đưa mạch về lại trạng thái ban đầu, đợi xung vào tiếp sau

(lúc t = t2) Lưu ý những điều trình bày trên đúng khi

T > tx > τx (3-17)

(τx là độ rộng xung vào và Tv là chu kì xung vào) và khi

điều kiện (3-17) được thỏa mãn thì ta luôn có chu kì xung

ra Tra = Tv

3.3.2 Mạch đa hài đợi dùng IC thuật toán

Hình 3.18: Nguyên lý mạch đa hài đợi dùng IC Khởi động bằng

cực tính dương (a), cực tính âm (c), giản đồ điện áp tương ứng (b) và (d)

Hình 3.18a đưa ra một dạng của sơ đồ nguyên lí mạch đa hài đợi dùng IC thuật toán và hình 3.18b là giản đồ thời gian giải thích hoạt động của mạch Để đơn giản, giả thiết IC được cung cấp từ một nguồn đối xứng ±E và khi đó Uramax = |Uramin| = Umax

Ban đầu lúc t < t1, Uv = 0; D thông nối đất (bỏ qua sụt áp

thuận trên điôt) do Ura =

Umax từ đó UN= Uc = 0 Qua mạch hồi tiếp dương R1 R2, -Umax đưa tới đầu vào P điện áp Up = -βUmax

(vớ

i

β = R1R1 +

R2 là hệ số phân áp mạch hồi tiếp) Đây là trạng thái ổnđịnh bền (trạng thái đợi) của

mạch

Lúc t = t1 có xung nhọn cực tính dương tới đầu vào P Nếu biên độ thích hợp vượt hơn giá trị -βUmax, sơ đồ lật sang trạng thái cân bằng không bền với Ura =

+Uramax= Umax và qua mạch hồi tiếp dương có Up = βUmax Sau lúc t1, điện áp ra Umax nạp cho tụ C làm cho Uc = UN dương dần cho tới lúc t=t2 khi đó UN = βUmax thì xảy ra đột biến do điện thế đầu vào vi mạch UN- Up đổi dấu, điện áp ra đổi dấu lần thứ hai Ura= -Umax (lưu ý trong khoảng t1 - t2, UN = Uc

> 0 nên điôt bị phân cực ngược và tách khỏi mạch)

Tiếp đó, sau lúc t2 tụ C phóng điện qua R hướng tới giá trị điện áp ra lúc đó là - Umax lúc t = t3, Uc = Un ≈ 0 điốt trở nên

mở, ghim mức thế đầu vào đảo ở giá trị 0, mạch quay về trạng thái đợi ban đầu Nếu xung khởi động Uvào cực tính âm, có thể dùng sơ đồ hình 3.18c với tần số xung ra thay đối được nhờ R Hoạt động của mạch được minh họa trên đồ thị hình 3-18d

Với 3.18a, b ta có nhận xét độ rộng xung τx = t2-t1 có liên quan tới quá trình nạp cho tụ C từ mức 0 tới mức -βUmax

Từ đó, với giả

thiết U+ ramax=|U- ra | = U ta có

mi

U (t)=

thay giá trị Uc(t1) = 0, Uc(t2) = βUmax vào phương trình (3-18) ta có

τ x = t2 −t1 =RCln

1

= RCln
1+

1

(3-19)

Gọi t3 - t2 = thph là thời gian hồi phục về trạng thái ban đầu của sơ đồ, có liên quan tới quá trình phóng điện của tụ C từ mức βUmax về mức 0 hướng tới lúc xác lập Uc(∞) = -Umax xuất phát từ phương trình:

Uc(t) = Uc(∞) - [Uc(∞) - Uc(0)] exp ( -t / RC) (3-20)

có kết quả:

thph = RCln (1 + β) = RCln[1+R1 / ( R1 + R2)(3-21)

So sánh hai biểu thức xác định τx và thph thấy do β

< 1 nên τx >> thph Người ta cố gắng chọn các thông số

và cải tiến mạch để thph giảm nhỏ, nâng cao độ tin cậy

của mạch khi có dãy xung tác động đầu vào Khi đó cần

tuân theo điều kiện:

(3-22) với Tv là chu kỳ dãy xung khởi động ở cửa vào Các hệ

thức (3-19) và (3-21) cho xác

định các thông số quan trọng

nhất của mạch 3.18a