GIÁO TRÌNH MÔN ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Chương 1: CHỈNH LƯU – NGHỊCH LƯU – BIẾN TẦN Chỉnh lưu 1.1 Các hệ thức khái niệm 1.1.1 Định nghĩa điện tử công suất Công nghệ chuyển đổi lượng điện từ dạng sang dạng khác nhờ ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất  Đặc điểm linh kiện điện tử công suất Phát triển công nghệ chế tạo bán dẫn công suất lớn: diode, BJT, MOSFET, IGBT, GTO, SCR … Làm việc chế độ đóng ngắt Là thành phần chuyển đổi công suất Có nhiều ưu điểm so với chuyển mạch học: độ bền cao, độ xác cao, tần số chuyển mạch cao Ứng dụng: dùng để điều khiển đại lượng ngõ ra: áp, dòng, tần số, công suất, dạng sóng  Các biến đổi điện tử công suất: Bộ chỉnh lưu (rectifier): điều khiển biến đổi AC – DC Bộ biến đổi điện áp xoay chiều (AC voltage controller) biến đổi AC – AC Bộ biến đổi điện áp chiều (chopper): biến đổi DC – DC Bộ nghịch lưu biến tần (frequency converter): biến đổi AC – DC – AC  Trị trung bình đại lượng Xét dòng điện i(t) chu kỳ T T 1 I dc = ∫ i ( t ) dt = T0 2π 2π ∫ i( ωt ) dt (1.1) Ví dụ: với áp DC: i(t) = 5(A) suy Idc = 5(A) Với áp AC: i(t) = Imsin ω t suy Idc =  Công suất trung bình Công suất tức thời: P(t) = u(t).i(t) (1.2) Công suất trung bình: T PAV T 1 = ∫ p( t ) dt = ∫ u ( t ).i ( t ) dt T0 T0 Nếu dòng tải không đổi theo thời gian: PAV = UAV.I Nếu điện áp tải không đổi theo thời gian: PAV = U.IAV  Trị hiệu dụng đại lượng Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng (1.3) (1.4) Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử T I RMS = i ( t ) dt = ∫ T0 2π 2π ∫ i ( ωt ) dωt (1.5)  Hệ số công suất λ = PF = P S (1.6) Muốn tăng hệ số công suất, sử dụng biện pháp: Giảm công suất phản kháng Q hài tức bù công suất phản kháng: bù tụ điện, bù máy bù đồng kích thích dùng thiết bị bù bán dẫn đại (SVC – static var compensator) Giảm công suất phản kháng D hài bậc cao: tùy theo phạm vi hoạt động dãy tần số sóng hài bù, ta phân biệt biện pháp sau đây:  Lọc sóng hài: áp dụng cho sóng hài bậc cao lớn sóng hài đến giá trị khoảng kHz Có thể sử dụng mạch lọc cộng hưởng LC Ví dụ dùng mạch lọc LC cộng hưởng với bậc 5, 7, 11, mắc song song với nguồn cần lọc  Khử nhiễu: áp dụng cho sóng bậc cao có tần số khoảng kHz đến hàng MHz Các sóng tần số cao phát sinh từ mạch điều khiển phát sóng tần số cao trình đóng ngắt linh kiện côn suất, sóng hoạt động mạch điện tử có khả phát sóng điện từ lan truyền vào môi trường gây nhiễu cho thiết bị xung quanh thân thiết bị công suất Một biện pháp sử dụng dùng tụ, dùng bọc kim dây dẫn dùng lưới chống nhiễu  Phân tích Fourier Đối với tín hiệu biến thiên theo thời gian, ta khai triển theo biểu thức: v0 ( t ) = ∞ a0 ∞ + ∑ a n cos ωt + ∑ bn sin ωt n=1 n =1 (1.7) Trong đó: n: bậc hài với n = hài a0/2: trị trung bình T 2π a0 = ∫ v0 ( t ) dt = ∫ v0 ( ωt ) dωt T0 π T 2π a n = ∫ v0 ( t ) cos nωt.dt = ∫ v0 ( ωt ) cos nωt.dt T0 π T bn = (1.8) (1.9) 2π v0 ( t ) sin nωt.dt = ∫ v0 ( ωt ).sin nωt.dt ∫ T0 π (1.10)  Hệ số méo hài (distortion factor) Được định nghĩa tỉ số trị hiệu dụng thành phần hài trị hiệu dụng đại lượng dòng điện: Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử DF = I ( 1) (1.11) I  Độ méo dạng tổng sóng hài (total harmonic distortion - THD): Là đại lượng để đánh giá tác dụng song hài bậc cao xuất nguồn điện: ∞ THDI = ∑ I( j =1 j) (1.12) I ( 1) Trường hợp đại lượng I không chứa thành phần DC, ta có: ∞ THDI = ∑ I( ) j =2 I ( 1) j = I − I (21) I (1) (1.13) Quan hệ DF THD: DF = + ( THD ) (1.14)  Tính chất tĩnh tính chất động a Tính chất tĩnh: tổn hao công suất nhiệt linh kiện xảy khóa công suất đóng ngắt hoàn toàn Đối với linh kiện công suất lý tưởng, tổn hao không tồn tại, linh kiện điện tử công suất tồn hai trạng thái tổn hao: b Sụt áp hai đầu linh kiện đóng: Linh kiện lý tưởng: p f = v f i f = (1.15) Linh kiện công suất thực tế: tồn vf nên pf khác c Dòng rò qua linh kiện ngắt: Linh kiện lý tưởng: ir = nên pr = Linh kiện Công Suất thực tế có tồn dòng rò nên pr ≠ d Tính chất động: Linh kiện Công Suất lý tưởng: thời gian chuyển mạch 0, nên công suất tổn hao chuyển mạch không tồn Hình 1.1 Chuyển mạch linh kiện công suất Linh kiện Công Suất thực tế: tồn thời gian chuyển mạch (t on, toff khác 0) nên công suất tổn hao chuyển mạch khác 0, đồng thời thời gian chuyển mạch làm hạn chế tần số làm việc linh kiện Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử  Quá trình độ trạng thái xác lập Quá trình độ liên quan đến đặc tính động linh kiện CS, thời gian khóa chuyển từ đóng – ngắt ngược lại Quá trình tương đối ngắn Trạng thái xác lập: khóa trạng thái đóng ngắt hoàn toàn, trạng thái tồn tương đối dài so với thời gina độ  Chế độ dòng liện tục gián đoạn Khi dòng qua khóa > ta có chế độ dòng liện tục, dòng qua khóa giảm ta có chế độ dòng gián đoạn id id Hình 1.2 Dòng điện lien tục, dòng điện gián đoạn 1.1.2 Các linh kiện bán dẫn  Diode  Cấu tạo: A K Diode cấu tạo thành mối nối p-n để chế tạo diode người ta khuếch tán bán dẫn tạp chất loại p vào phiến bán dẫn silic loại n, sau nối cực A K  Ký hiệu: Khi cấp VAK > 0, diode cho dòng if qua, diode phân cực thuận Nếu diode ngắt, ta có dòng ir bé Diện tích, tiết diện phiến bán dẫn qui định khả chịu dòng Điện trở nguyên liệu ban đầu bề dày phiến bán dẫn định khả chịu áp Dòng: từ vài A đến vài kA Áp: từ vài chục V đến vài kV Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Thời gian phục hồi tính nghịch t rr: để diode phục hồi khả khóa sau dẫn thuận chấm dứt có hai loại: nhanh chậm tương ứng với tần số cao thấp  Đặc tuyến V-A diode Hình 1.3 Đặc tuyến Volt – Ampere diode vto: điện áp mở rf : điện trở vi sai thuận (forward) rf = dv f di f (1.16) vBR: điện áp đánh thủng (break down): điện áp đánh thủng diode rr: điện trở vi sai nghịch (reverse) rr = dvr dir (1.17)  Đặc tính đóng ngắt: Đóng: if lớn, vf bé Hình 1.4 Mạch phân cực diode Ngắt: dòng rò ir bé, vr lớn tượng độ, trình ngắt diode trình quan trọng Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.5 Quá trình đóng ngắt diode Tại t0 đóng khóa S Đến t1: if = 0, diode tiếp tục dẫn tồn hạt dẫn không bản, diode tiếp tục dẫn dòng điện theo chiều ngược lại Tại t2: hạt dẫn không tiêu tán hết, lúc diode khôi phục tính khóa, dòng qua D giảm đột ngột Tại t3: ta có ir = 10% irmax, D khôi phục hoàn toàn tính khóa Ta có trr = t3 – t1 thời gian khôi phục tính nghịch Hình 1.6 Quá trình khôi phục nghịch RR: reverse recovering di vr = U r − L L (1.18) dt Hiện tượng áp xảy di r/dt lớn, làm thủng diode Do vậy, cần trang bị mạch bảo vệ diode công suất: Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.7 Mạch bảo vệ Diode công suất Mạch có tác dụng làm giảm tốc độ tăng dòng giảm tốc độ tăng áp khóa, trình tắt dòng diễn chậm  Các vấn đề phụ: Khả chịu tải, dòng tải: điện áp lớn cần mắc nối tiếp diode, dòng tải lớn cần mắc diode song song Trong công nghiệp cần sử dụng diode chuyên dùng có tần số đóng mở cao, điện áp cao  Diac  Cấu tạo: diode dẫn hai chiều, ký hiệu: Hình 1.8 Cấu tạo diac  Đặc tính V-A: gồm hai nhánh nghịch Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.9 Đặc tuyến Volt – Ampere diac  Transistor công suất (Bipolar Junction Transistor)  Cấu tạo Hình 1.10 Transistor công suất Hình 1.11 Cấu tạo BJT công suất Gồm hai mối nối p-n, ba điện cực Có hai loại: thuận pnp nghịch npn Mạch công suất nối C E Mạch điều khiển nối B E BJT công suất làm việc khóa công suất đống ngắt không làm việc chế độ khuếch đại Khả chịu áp từ vài chục đến vài trăm vôn, khả chịu dòng từ vài chục A đến vài trăm A Không có khả khóa áp ngược có trị số lớn, chuyên dùng khóa áp thuận Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 10 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Linh kiện điều khiển dòng: đóng dòng I C cực dòng điều khiển iB đưa vào cổng điều khiển  Đặc tuyến V-A Hình 1.12 Đặc tuyến BJT: IC = hfe.IB, với hfe: độ khuếch đại * Đặc tuyến tải : V = R.I C + VCE VCE = V − R.I C (1.19) (1.20) Điểm làm việc (operation point) BJT công suất thuộc vùng bão hòa c Đặc tính đóng ngắt: * Đặc tính đóng Khi iB ≥ iB BJT dẫn bão hòa Ta có dòng IC lớn, VCE = Vf nhỏ * Đặc tính ngắt: - IC = 0, với iB = Nếu iB < giá trị không lớn khả chịu áp ngược B E nhỏ * Đặc tính động: t1 – t0 = td(on): thời gian trễ BJT đóng t2 – t1 = ton: thời gian BJT đóng, thời gian khoảng vài µs t4 – t3 = td(off): thời gian trễ BJT đóng t5 – t4 = toff: thời gian BJT ngắt, khoảng > 10 µs Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 11 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.13 Do công suất tổn hao BJT chuyển trạng thái tương đối lớn nên ảnh hưởng đến tần số làm việc BJT Hình 1.14 d Mạch kích BJT: Tạo dòng iB thích hợp điều kiện thay đổi dòng I C suốt trình làm việc Chức mạch kích: đảm bảo yêu cầu sau: Thời gian ton, toff thấp Tạo dòng kích iB lớn iBmin đảm bảo cho BJT dẫn bão hòa nhằm đảm bảo CCEsat từ giảm tổn thất công suất Cách ly mạch điều khiển mạch công suất biến áp xung hay optocoupler Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 12 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử nhỏ dòng tải:Iv Uvào tỷ số Ura/Uvào ty lệ với T/tkhóa Điều giải thích tóm tắt có tượng tích lũy lượng từ trường cuộn L lúc tranzito mở (tương ứng với khoảng thời gian t mở = tx xung) D khóa, ngắt tải khỏi mạch vào Khi tranzito khóa (tương ứng với khoảng thời gian t nghỉ = tkhóa lượng Uvào kết hợp với lượng U L qua điôt (lúc mở) nạp cho tụ C cung cấp Ura cho tải + Năng lượng nguồn Uvào liên tục cung cấp cho ổn áp (trên cuộn Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 213 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử L) việc truyền lượng tải xảy dạng xung không liên tục * Phương pháp điều chỉnh đồng thời độ rộng xung độ rỗng xung Sơ đồ khối thực phương án cho hình 3.25 Đặc điểm kết cấu tranzito chuyển mạch điôt mắc nối tiếp với tải, cuộn chặn L mắc song song với tải phân cách qua điôt Khi tranzito mở, dòng Uvào cung cấp cho cuộn L tích lũy lượng từ trường Điốt lúc khóa ngắt phần trước khỏi mạch tải, tụ C nạp đầy từ trước, phóng điện qua mạch tải, cung cấp Ura Khi tranzito khóa (ứng với khoảng thời gian xung điều khiển), L xuất sức điện động tự cảm, chiều ngược lại với Uvào làm điôt D mở giải phóng lượng từ cuộn L nạp cho C cung cấp cho mạch tải Qua việc phân tích có nhận xét sau: + Điện áp UL UC ngược cực tính với Uvào đầu ta nhận điện áp tải ngược cực tính với Uvào hay ổn áp có tác dụng đảo dấu điện áp vào cần ổn định + Điện áp xác định theo hệ thức: Ura / Uvào= - tmở / tkhóa Hình 3.26 Phương pháp điều chỉnh đồng thời tmở tkhóa + Vì tmở t khóa biến đổi tỉ lệ ngược (do chu kỳ T số) dải cho phép nhận điện áp ≤ |Ura| ≤ ∞ hay phương pháp cho phép điều chỉnh Ura rộng phương pháp trình bày + Năng lượng từ mạch vào cung cấp cho ổn áp dạng xung vào ổn áp truyền lượng tải dạng xung * Phương pháp ổn áp xung sơ cấp Sơ đồ khối thực phương pháp ổn định sơ cấp cho hình 3.27 Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 214 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 3.27 Phương pháp ổn áp xung kiểu sơ cấp + Mạch hình 3.27 hoạt động sau: Điện áp lưới chỉnh lưu trực tiếp mạch cầu tạo nên nguồn chiều đối xứng cỡ ± 150V cung cấp cho hai tranzito T1 T2 điều khiển theo kiểu đẩy kéo nhờ hai dãy xung điều khiển ngược pha có tần số khoảng ÷ 50 kHz Các xung điều khiển có độ rộng thay đổi theo quy luật điện áp sai lệch điện áp U (giống phương pháp ổn định kiểu thứ cấp nói trên) Nhờ T T2 điện áp ± Uo đưa tới biến áp xung tải thứ cấp qua mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, khâu lọc LC, ta nhận điện áp ổn định Đặc điểm phương pháp sử dụng biến áp xung làm việc tần số cao nên kết cấu gọn tổn hao nhỏ Mạch cách ly để phân cách điện mạch thứ sơ cấp bảo vệ khối điều khiển khỏi ảnh hưởng ổn áp (thường dùng ghép biến áp hay ghép option) + Điểm lưu ý cuối tất phương pháp nêu, có thề thay khóa chuyển mạch tranzito khóa tiristo Khi đó, cần điều chỉnh thời điểm xuất hiệu xung điều khiển mở cho tiristo (thay điều khiển độ rộng xung vuông điều khiển khóa tranzito) nhờ mạch tạo xung điều khiển thích hợp 3.2.5 Ổn định dòng điện + Trong thiết bị điện tử có độ xác, độ ổn định cao, yêu cầu ổn định điện áp tải có yêu cầu ổn định dòng điện qua mạch tải Phần đề cập tới vài phương pháp ổn dòng + Để ổn định dòng điện qua mạch tải (khi điện áp nguồn hay trị số tải thay đổi) ta dùng phần tử ổn dòng barette Dụng cụ gồm có sợi dây sắt hay vônfram đặt bóng thủy tinh chứa hiđrô Khi có đòng điện qua barette, sợi dây nung nóng làm cho điện trở biến đối Đặc tuyến barette vẽ hình 3.28a Khu vực làm việc barette đoạn AB điểm làm việc barette biến đổi dòng qua không đổi Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 215 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 3.28 : Đặc tuyến V-A mạch dùng Barette mạch ổn dòng + Hình 3.28b biểu thị mạch điện dùng barette để ổn định dòng qua R t giả sử Uv tăng điện trở B tăng (do bị nung nóng hơn), sụt áp B tăng bù lại tăng Uv dòng nối tiếp qua B Rt giữ ổn định Barette đảm bảo ổn định dòng điện với độ xác ±1% điện áp nguồn biến đổi ± (10-15%) tham số phần tử barette cặp giá trị điện áp dòng ứng với điểm A, B, C hình 3.28 Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 216 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử * Tranzito nguồn dòng điện Hình 3.29 Hlnh 3.29: Mạch ổn dòng dùng tranzito chế độ độ không bão hòa + Một phương pháp phổ biến để ổn định dòng điện sử dụng tranzito làm việc đoạn nằm ngang đặc tuyến Khi đó, điện trở vi phân tranzito lớn (là yêu cầu cần thiết đổi với nguồn dòng gần với lý tưởng) điện trở chiều lại nhỏ + Hình 3.29 đưa mạch ổn dòng đơn giản dùng tranzito mắc theo sơ đồ EC có hồi tiếp âm dòng điện RE , điện trở tải mắc nối tiểp với tranzito mạch colectơ + Khi UCE > UCẸ bão hòa, dòng điện mạch Ic = Ira ± IE gần không thay đổi tranzito bị bão hòa : Điện trở nguồn dòng xác đinh Ví dụ với : I = 100mA rCE = 100kΩ R E = 5kΩ β = 300 U E = 5V rBE = β UT 25mV ≈ 300 mA ≈ 7,5kΩ IC R1 // R2 = 10kΩ ta nhận giá trị nội trở nguồn ri = 7,6 MΩ • Để tránh ảnh hưởng R1 // R2 làm giảm ri, R2 thay điôt ổn áp Đ2 để ổn định điện áp UB có tác dụng bù nhiệt cho UBE (h 3.29b) • Có thể dùng FET loại thường mở (JFET) làm phần tử ổn dòng hình 3.29c c, d nội trở nguồn dòng xác định :ri = rDS + M.Rs = rDS(1 + SRs) với rDS điện trở máng - nguồn lúc UGS = S độ dốc (hồ dẫn) đặc tính truyền đạt, FET Thường giá trị nội trở nguồn dùng loại thấp 1÷ cấp so với loại dùng BST Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 217 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử • Để nâng cao chất lượng ổn định dòng điện Rt người ta sử dụng mạch ổn dòng kiểu "gương dòng điện" biếu thị hình 3.30 a b Với mạch 3.30 (a) tương tự trên, dòng điện xác định bởi: Do UE tăng 2mV/0C nên việc đưa thêm điôt Đ vào nhánh có R2 bù điện áp UB lên lượng tương ứng (theo nhiệt độ), hay lúc UD ≈ UBEO, rút : Nghĩa dòng điện mạch tỷ lệ với đòng Iv mạch vào (cũng từ lý mạch có tên “gương dòng điện" Hình 3.30 Sơ đồ gương dòng điện đơn giản Trong mạch 3.30b, điôt D thay T1 nối theo kiểu điôt Chế độ T1 bão hòa UCE1 = UBE1 = UCEbhòa Vì UBE1 = UBE2 nên IB1 = IB2 = IB suy : ta có Nghĩa nhánh vào có cân dòng điện; mạch cho khả làm việc RE = Tuy nhiên việc có thêm RE bù sai lệch T1 T2 làm tăng nội trở nguồn dòng Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 218 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử * Nguồn ổn dòng dùng IC tuyến tính Một phương pháp khác ổn định dòng điện có sử dụng IC tuyến tính tính cho hình 3.31 Hình 3.31 : Nguồn ổn dòng IC tuyến tính Mạch hình 3.31 cho dòng điện I2 tải không phụ thuộc vào điện áp U2 mà điều chỉnh điện áp vào U1 chọn U1 = Uchuẩn I2 ổn định Ta xác định dòng I2 Tại nút N có: Tại nút P có từ điều kiện Un =Up với chế độ khuếch đại IC, Ura = U2 + UR1 giải tìm I2 có Bằng cách chọn : R3 = U1 R22 , có I = R / R tức I2 không phụ thuộc ( R1 + R2 ) vào U2 U Nếu chọn R2>>R1 I = R tức ta có : R2= R3 Khi đó, điều chỉnh xác R3 đạt trở kháng lớn dòng điện I2 không phụ thuộc vào điện áp U2 Tuy nhiên I2 có phụ thuộc yếu vào Rt để khắc phục nhược điểm người ta dùng mạch phức tạp Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 219 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử có sử dụng hay nhiều IC tuyến tính, kết hợp việc dùng IC tranzito nguồn dòng: 3.2.6 Bộ ổn áp tuyến tính IC + Để thu nhỏ kích thước chuẩn hóa tham số ổn áp chiều kiểu bù tuyến tính người ta chế tạo chúng dạng vi mạch, nhờ việt sử dụng dễ dàng Cục IC ổn áp thực tế bao gồm phần tạo điện áp chuẩn, khuếch đại tín hiệu sai lệch, tranzito điều chỉnh, hạn chế dòng (trong phần lớn ổn áp cố hạn chế dòng) Các IC ổn áp thường bảo đảm dòng khoảng từ 100mA đến 1A điện áp tới 50V, công suất tiêu tán khoảng 500 - 800 mw Hiện người ta chế tạo IC ổn áp cho dòng tới 10A, điện áp từ 2-50V Các loại IC ổn áp điển hình thường dùng là: LM105, LM309, LM323, LM345, LM350, LM337, LM338, Seri 78Hxx… + Tùy thuộc vào yêu cầu tham số kỹ thuật điện áp ra, dòng ra, hệ số ổn định điện áp, khả điều khiền điện áp ra, dải nhiệt độ làm việc, nguồn cung cấp, độ ổn định theo thời gian v.v Mà người ta chế tạo nhiều loại (có cấu trúc mạch bên trong) khác nhau, với chân giúp cho việc sử dụng thuận tiện  Loại IC ồn áp chân nối + Loại thường cho điện áp cố định Đại diện cho loại Seri 7800 hay 7900 Điện áp số cuối kí hiệu Ví dụ 7805 (ổn áp 5v) ; 7812 (+ 12V) ; 7815 (+ 15V) ; 7818 (+ 18V) ; 7824 (+ 24V) + Tụ điện C = 0,1 F để cải thiện trình độ giữ cho điện trở mạch đủ nhỏ tần số cao, dòng điện ra, phổ biến ≤ 1A Hình 3.32 : Sơ đồ nguồn ổn áp dùng IC loại 7805 (họ IC78xx) Seri 79xx tương tự Seri 78xx cho điện áp âm  Loại IC ổn áp bốn chân nối: Loại có thêm đầu dùng để điều chỉnh (đầu Y) Loại lc ổn áp thường dùng trường hợp yêu cầu điện áp đầu thay đổi được, cần tinh chỉnh cho thật xác Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 220 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 3.33 : Sơ đồ nguồn ồn áp chân nối (loại ,LA 78G)  Loại IC ổn áp chân nối có điều chỉnh Hình 3.34: IC ổn áp có điều chỉnh + Loại cần dùng điện áp điều chỉnh Loại IC thí dụ LM 317 chân nối đất, mà thay vào đố chân Y Nhờ có phân áp R1, R2 Dòng đầu Adj nhỏ (50 – 100uA) Điện áp R1 1,25V tức dòng qua R1 5mA Điện áp điều chỉnh khoảng Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 221 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 3.35 : IC ổn áp điều chỉnh (Ở mức điện áp chuẩn Uch = 1.25V ống ổn áp kiểu nguồn gương dòng điện tạo ra, nằm bên cấu trúc LM317 có dạng tương tự LM113) + Trong trường hợp cụ thể điện áp cố thể điều chỉnh phạm vi từ 1,25V đến 25V Để tăng dòng tải đầu người ta mắc thêm tranzito điều chỉnh phối hợp với IC ổn áp (h.3.36) nâng cao điện áp đầu cách đấu thêm Đz (h.3.36) khì : Ura = Uổn +U2 Hình 3.36: IC ổn áp dùng thêm tranzito bổ trợ để tăng dòng sử dụng (a) hay dùng điôt zener để nâng mức Ura (b) Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 222 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử  Cấu trúc điển hình bên IC ồn áp (loại LA7800, LA 78G) + Với loại cấu trúc chân (không có chân số 4) điện trở hồi tiếp R1, R2 chế tạo bên vỏ IC (LA7800) Còn với loại có cấu trúc chân, cực bazơ T2 để ngỏ để đưa đấu R1, R2 từ ngoài, chọn (hoặc điều chỉnh) mức điện áp lấy chân : + Để chống tượng tảii (ngắn mạch tải hay tăng mức điện áp vào) người ta đưa vào khâu mạch bảo vệ áp (dùng R5 ĐZ2) bảo vệ dòng (dùng R3, R4) kết hợp với tranzito T3 Hình 3.37 : Sơ đồ cấu trúc điển hình IC ổn áp + Dòng cực bazơ Cặp tranzito điều chỉnh Darìingtơn T’ T4 trì không vượt giới hạn IBmax (cỡ vàì mA) nhờ tác dụng phân dòng T3 lúc áp hay dòng Từ dòng điện lối : Ira ≤ Iramax + Bình thường T3 trạng thái khóa nhờ việc chọn R3 R4 thích hợp Khi sụt áp R3 tăng lên dòng đạt tới giá trị UR3 ≥ 0,6v, T3 chuyển sang mở, ngăn ngừa gia tăng tiếp tục dòng I’B4.Từ mức hạn chế dòng xác định : (chú ý mức hạn dòng thích hợp Ura nhỏ, Ura lớn giảm ảnh hưởng R4 R5) + Công suất nhiệt tiêu tán cực đại T’4 T4 xác định từ hệ thức Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 223 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Vì nguyên nhân không mong muôn, mạch bị chập ( Ura ≈0) Ira ↑ hay điện áp lối vào tăng cao dẫn tới khả bị nhiệt gây hư hỏng cho T’4 T4 Mạch dùng ĐZ2 R5 có tác dụng bảo vệ T4 khỏi nguyên nhân - Nếu Uvào - Ura ≈ Uz (Uz giá trị điện áp đánh thủng Zener ĐZ2), dòng qua R5 mạch hạn chế R3R4T3 hoạt động lúc dòng - Nếu Uvào - Ura ≥ Uz nhánh ĐZ2, R5 dẫn dòng, qua phân áp R4.T5 đặt điện áp dương lên T3 làm mở dòng R3 chưa đạt tới trị Iramax (và nhờ làm giảm dòng kể điều kiện Ira ≥ Iramax không thỏa mãn) Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 224 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Lương Ngọc Hải, Kỹ thuật xung số, Nhà xuất giáo dục, 2002 [2] Nguyễn Bính, Điện tử công suất, Nhà suất khoa học kỹ thuật, hà nội, 2000 [3] Đỗ Xuân Thụ (chủ biên), kỹ thuật điện tử, Nhà xuất giáo dục, Hà nội, 2005 [4] Nguyễn Hữu Phương, Điện tử trung cấp, Sở Giáo dục Đào tạo TP HCM, 1992 [5] www.nano.physik.uni-muenchen.de Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 225 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương CHỈNH LƯU – NGHỊCH LƯU – BIẾN TẦN Chỉnh lưu 1.1 Các hệ thức khái niệm 1.1.1 Định nghĩa điện tử công suất 1.1.2 Các linh kiện bán dẫn 1.1.3 Mạch chỉnh lưu 1.2 Bộ nghich lưu 1.2.1 Bộ nghịch lưu áp 1.2.2 Phân tích nghịch lưu áp 1.2.3 Bộ nghịch lưu dòng: 1.2.4 Tác dụng song hài bậc cao: 1.3 Bộ biến tần: 1.3.1 Bộ biến tần gián tiếp: 1.3.2 Bộ biến tần trực tiếp (CYCLOCONVERTER): 1.3.3 Bộ so sánh biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp Chương MẠCH TẠO XUNG VÀ BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG: 2.2.1 Hằng Số Thời Gian RC: 2.2.2 Quá Trình Nạp- Xả Của Tụ: 2.2.3 Đáp ứng mạch RC tác dụng xung vuông đơn: 2.2.4 Mạch lọc thong thấp thôngcao: 2.2.5 Mạch tích phân mạch vi phân: 2.3 Mạch xén: 2.3.1 Khái niêm: 2.3.2 Mạch xén dung diode bán dẫn: 2.3.3 Mạch xén xác dùng OP-AMP: 2.3.4 Mạch hạn chế dùng TRANSISTOR: 2.4 Mạch kẹp: 2.4.1 Khái niệm 2.4.2 Mạch kẹp dùng diode lý tưởng 2.4.3 mạch kẹp dùng TRANSISTOR: Mạch dao động xung 2.5.1 Khái niệm mạch dao động 2.5.2 Mạch dao động đa hài dùng linh kiện tương tự: Chương MẠCH ỔN ÁP Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng trang 3 3 26 61 61 67 77 82 83 83 86 91 92 92 92 96 99 107 111 111 112 132 140 141 141 142 15` 159 159 160 179 226 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử 3.1 Mạch chỉnh lưu 3.1.1 Khái niệm trị trung bình trị hiệu dụng 3.1.2 Trị hiệu dụng: 3.1.3 Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ): 3.1.4 Chỉnh lưu toàn sóng với biến có điện giữa: 3.1.5 Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diode 3.1.6 Chỉnh lưu với tụ lọc 3.2 Nguồn chiều 3.2.1 Khái niệm chung 3.2.2 Lọc thành phần xoay chiều dòng điện tải 3.2.3 Đặc tuyến chỉnh lưu 3.2.4 Ổn định điện áp dòng điện 3.2.5 Ổn định dòng điện 3.2.6 Bộ ổn áp tuyến tính IC TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 179 179 180 180 181 182 183 186 186 186 189 190 199 202 208 227 [...]... = 0 Kết luận: trong  π 5π  6 , 6    V1 đóng, V2, V3 ngắt  π 2π   5π 2π  Chứng minh tương tự trong các khoảng  +  và  6 + 3  3    6 Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 31 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.49 Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 32 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử b Hệ quả: Trị điện áp tức thời tại thời điểm đang xét của pha nào lớn nhất thì diode pha đó sẽ đóng,... dẫn điện: SCR đóng khi VAK > 0 IG > 0 Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 21 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.32  Đặc tuyến V-A Tương tự như diode công suất Hình 1.33 Chú thích Ur: áp khóa ngược ir: dòng rò ngược IG: dòng xung kích VG: áp điều khiển ibl: dòng rò thuận (bl: blocking) Ubl: áp khóa thuận if: dòng thuận Uf = UAK Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 22 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện. .. dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Hình 1.46  Ứng dụng Trong turyền động điện dùng để điều khiển vận tốc động cơ DC lên đến vài MW Trong giao thông (hệ thống điện trên xe ô tô, gắn máy) sử dụng chỉnh lưu để nạp ác quy Trong công nghiệp hóa học, luyện kim Trong các máy hàn điện, mạ điện, nạp ác quy Là một bộ phận trong bộ biến tần Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 29 Trường Cao đẳng– Khoa Điện. .. quá dòng: Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 24 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.37  Mạch kích SCR Hình 1.38  GTO (Gate Turn Off Thyristor)  Cấu tạo: Do SCR không có khóa năng kích ngắt nên người ta chế tạo ra GTO là loại linh kiện có khả năng kích ngắt thông qua cổng G Đặc điểm là lớp bán dẫn P2 tiếp xúc rất ít với cổng G nên GTO có tính chất này Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 25 Trường... V-A: Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 28 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.45  Điều khiển đóng bằng xung điều khiển: uG > 0 và iG > 0 uG < 0 và iG < 0  Khả năng chịu tải: Điện áp định mức: xác định theo điện áp khóa cực đại có thể lặp lại, bằng nhau cho cả hai chiều uDRM = uRRM Định mức dòng điện: xác định theo trị hiệu dụng lớn nhất của dòng dẫn iVM Thường được định nghĩa cho dòng điện. .. Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.39  Đặc điểm đóng ngắt: Hình 1.40 Đóng: IG > 0 và VAK > 0 Ngắt: IG < 0 có giá trị lớn IG = I β = 4 ÷ 5 I là dòng tải có giá trị 200 đến 300 A β off với Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 26 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử  Mạch điều khiển Hình 1.41 GTO được kích đóng bằng xung dòng điện tương tự như khi kích đóng thyristor thông thường Dòng điện kích đóng... có biên độ lớn qua diode và tụ điện Điện trở mạch bảo vệ có trị số nhỏ và đảm bảo tụ xả điện hoàn toàn trong khoảng thời gian đóng ngắn nhất của GTO khi vận hành Khi GTO đóng, năng lượng tích trữ trên tụ sẽ phải tiêu tán hết trên điện trở này Vì thế, giá trị định mức công suất của điện trở khá cao Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 27 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Hình 1.42 Nguyên lý hoạt động... vệ Trong trường hợp đặc biệt, có thể sử dụng mạch bảo vệ của MOSFET áp dụng cho IGBT Modul IGBT thông minh (Intelligent Power Modul): được chế tạo bởi công nghệ tích hợp cao Trên modul chứa đựng phần tử IGBT, mạch kích lái, mạch bảo vệ, cảm biến dòng điện Các modul này đạt độ tin cậy rất cao Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 19 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử Mạch kích IGBT đượt thiết kế tương tự... MOSFET) Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 17 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử So sánh với các linh kiện khác như BJT, SCR, GTO … thì thời gian chuyển mạch của MOSFET là nhỏ nhất  IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) a Cấu tạo: Hình 1.25 Gồm ba cực ngoài: G, C, E - Mạch công suất mắc giữa hai cực C và E - Mạch kích mắc giữa hai cực G và E - Điều kiện để IGBT dẫn là VCE > 0 và VGE > 0 Giáo trình môn: ... ta sử dụng hệ thức tính công suất trung bình sau: Pd = Ud Id hay Pd =128,6x 7,86 = 101,8 [W] c Mỗi linh kiện dẫn điện trong khoảng thời gian bằng nhau và bằng 1/3 chu kỳ lưới Từ đó, dòng trung bình qua mỗi linh kiện bằng: Giáo trình môn: Điện tử ứng dụng 37 Trường Cao đẳng– Khoa Điện – Điện tử ITAV= Id / 3 =7,83 / 3 = 2,62 [A] d Từ dạng đồ thị dòng qua pha nguồn của bộ chỉnh lưu, ta có trị hiệu dụng