1.1.1 Giới thiệu kỹ thuật vô tuyến điện (VTĐ) Vô tuyến điện là một ngành kĩ thuật có chức năng đảm bảo thông tin liên lạc mà không cần có sự hỗ trợ của hệ thống dây dẫn giữa hai địa điểm thu và phát. Nói cách khác, quá trình thu phát thông tin sẽ được thực hiện thông qua khoảng không gian.
CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 111 _ CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN Trong thành phần máy thu lẫn máy phát vơ tuyến điện có mặt số mạch điện như: mạch khuếch đại, mạch tạo dao động, nguồn chiều, Trong chương nghiên cứu mạch nói số mạch khác 1.1MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.1.1 Định nghĩa Mạch khuếch đại mạch điện mà tác dụng lượng tín hiệu điện nhỏ đầu vào cho phép thu lượng tín hiệu điện lớn đầu có quy luật biến đổi giống quy luật biến đổi tín hiệu đầu vào Tín hiệu đầu có lượng lớn nhờ nhận lượng bổ sung từ nguồn ngồi Tín hiệu vào Tín hiệu Khuếch đại Nguồn Hình 5.1 Sơ đồ khối mạch khuếch đại 1.1.2 Các tiêu mạch khuếch đại u cầu quan trọng mạch khuếch đại phải đảm bảo tín hiệu đầu có dạng với tín hiệu đầu vào (cụ thể tần số tín hiệu) Ngồi cần quan tâm đến số tiêu sau: • Các mức tín hiệu đầu vào: ii, ui, pi • Các mức tín hiệu đầu ra: io, uo, po • Trở kháng vào • Hệ số khuếch đại: _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 112 _ Ki = io ii (5.1) Ku = uo ui (5.2) Kp = po pi (5.3) Nếu có nhiều mạch khuếch đại mắc nối tiếp hệ số khuếch đại chung tính cơng thức: n K = K1 K K n = ∏ K j (5.4) j =1 Ngồi ra, hệ số khuếch đại tính đơn vị Decibel: K i = 20 lg io (dB) ii (5.5) K u = 20 lg uo (dB) ui (5.6) po (dB ) pi (5.7) K p = 10 lg Nếu có nhiều mạch khuếch đại mắc nối tiếp nhau: n K = K1 + K + + K n = ∑ K j (dB ) (5.8) j =1 • Hiệu suất: η= Po (%) P (5.9) Trong đó: P cơng suất lấy từ nguồn điện • Đặc tính tần số Trong khoảng tần số từ f1 tới f2 hệ số khuếch đại mạch tương đối đồng Ngồi khoảng hệ số nhỏ hẳn K ∆f f1 f2 f Hình 5.2 Đặc tuyến tần số mạch khuếch đại _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 113 _ • Độ méo phi tuyến γ = U 2jm + U 2jm + + U 2jm U 12m (%) (5.10) Trong đó: Ujm biên độ hài bậc i điện áp tín hiệu • Mức tạp âm Mức tạp âm mức tín hiệu ngẫu nhiên khơng mong muốn, xuất từ nhiều nguồn khác nhau, xen vào tín hiệu hữu ích, làm giảm chất lượng tín hiệu dẫn đến sai lệch dạng thơng tin ngõ 1.1.3 Các chế độ làm việc mạch khuếch đại RC Cp1 ui Khi thiết kế mạch khuếch đại, ta cần đảm bảo hai điều kiện làm việc sau: +EC RR1 R2 Cp2 uo Hình 5.3 Sơ đồ ngun lý mạch khuếch đại dùng transistor IC EC/RC • Phân cực tĩnh cho phần tử khuếch đại: có nghĩa xác lập cho cực B-C-E transistor điện áp chiều xác định • Ổn định chế độ làm việc tĩnh: đảm bảo cho qúa trình làm việc điện áp cực phần tử khuếch đại phụ thuộc vào điện áp điều khiển đưa tới Trong mạch khuếch đại hình vẽ, phần tử khuếch đại transistor lưỡng cực loại N-PN Bộ phân áp (R1, R2) dùng để phân cực Q I IC0 tĩnh cho phần tử khuếch đại xác định B0 chế độ làm việc mạch khuếch đại Nguồn chiều +EC dùng để ni mạch Điện trở N RC tải tầng khuếch đại Các tụ nối tầng Cp1 Cp2 ngăn ảnh hưởng tầng trước UCE0 EC UCE sau tới tầng này, giúp cho việc ổn định Hình 5.4 Phân cực tĩnh cho mạch khuếch chế độ làm việc tĩnh tầng M đại dùng transistor _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 114 _ Các chế độ làm việc mạch khuếch đại xác định họ đặc tuyến phần tử khuếch đại (mắc theo mạch cực E chung) Theo sơ đồ mạch điện ta có: IC = EC − U CE RC (5.11) Trong đó: EC RC đại lượng khơng đổi mạch khuếch đại xác định Vì vậy, ta coi (5.11) hàm số I C theo đối số UCE phù hợp với họ đặc tuyến phần tử khuếch đại I C = f (U CE ) Dể thấy hàm số hàm bậc nhất, suy đồ thị đường thẳng Ta xác định đường thẳng nhờ hai điểm đặc biệt Điểm thứ nhất: Cho IC = ⇒ UCE =EC , điểm (EC, 0) Điểm thứ hai: Cho UCE = ⇒ IC = EC/RC , điểm (0, EC/RC) Đường thẳng gọi đường tải tĩnh mạch khuếch đại Khi phân cực tĩnh cho phần tử khuếch đại, ta số giá trị xác định ban đầu UCE0, IC0, IB0, UB0 Những giá trị ban đầu giúp ta xác định điểm Q đường tải tĩnh Điểm Q gọi điểm làm việc (điểm cơng tác) tĩnh (ban đầu) mạch khuếch đại Khi thay đổi phân cực tĩnh cho phần tử khuếch đại, điểm Q thay đổi vị trí dọc theo đường tải tĩnh Phụ thuộc vào vị trí điểm Q mà người ta phân chế độ làm việc sau: • Chế độ A: Khi điểm Q nằm lân cận điểm đoạn MN • Chế độ B: điểm Q nằm điểm N • Chế độ AB: điểm Q nằm khoảng trung điểm đoạn MN điểm N • Chế độ C: điểm Q nằm điểm N Ngồi làm việc với chế độ xung số, người ta thường sử dụng hai chế độ: • Chế độ bão hồ: điểm Q nằm điểm M Khi I C = const đạt giá trị bão hồ _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 115 _ • Chế độ khố: Q nằm điểm N, IC = a Chế độ A (lớp A) iC Khi chọn điện áp phân iB=I Bmax C cực cho điểm tónh Q nằm M khoảng đoạn MN I Cmax iB=I BQ đường tải tĩnh (trong QA M N giao điểm I CQ đường tải xoay chiều I Cm với đặc tuyến ứng với N iB=I Bmin I Cmin V CE D dòng cực đại IBmax dòng V cực tiểu IBmin, Hình 5.5) ta V CEm CEQ nói phần tử khuếch đại Hình 5.5 Mạch khuếch đại làm việc chế độ A làm việc chế độ A Đặc điểm chế độ A: Khuếch đại trung thực, méo phi tuyến nhỏ Dòng tónh (ICQ) luôn khác không, nghóa trạng thái tónh, tầng khuếch đại tiêu hao lượng đáng kể Biên độ dòng áp xoay chiều lấy (Icm, VCEm) tối đa dòng áp tónh Vì chế độ A có hiệu suất thấp (theo đònh nghóa, hiệu suất η đo tỷ số công suất tín hiệu xoay chiều đưa tải tổng công suất tầng khuếch đại tiêu thụ nguồn cấp điện) Thông thường ηAmax = 25% Chế độ A thường dùng tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ b Chế độ B (lớp B) Nếu chọn điện áp phân cực cho vò trí điểm tónh Q trùng với điểm D (hoặc điểm N) phần tử khuếch đại làm việc chế độ B lý tưởng (hoặc chế độ B thực tế), xem Hình 5.6 Các đặc điểm chế độ này: _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 116 _ Khi dòng điện vào (hoặc điện áp vào) hình sin, dòng điện điện áp nửa (hoặc già nửa) hình sin, nói cách khác : méo phi tuyến trầm trọng Ở trạng thái tónh, dòng I CQ ≈ 0, lượng tiêu thụ tầng khuếch đại nhỏ Chỉ có trạng thái động, dòng điện trung bình IC tăng dần theo biên độ tín hiệu vào Do đó, lượng tiêu thụ tỷ lệ với biên độ tín hiệu xoay chiều lấy Như chế độ B có hiệu suất cao (ηBmax = 78,5%) Chế độ B thường dùng tầng khuếch đại công suất (các tầng cuối thiết bò khuếch đại) Để khắc phục méo phi tuyến, đòi hỏi mạch phải có iC vế đối xứng, thay phiên làm việc I Bmaxtrong hai nửa chu C kỳ (mạch “đẩy kéo”) i M C I Cm QB I Bmin I CQ I CQ t N (b) (a) V CE VCEQ D V CE V CEm (c) t Hình 5.6 Mạch khuếch đại làm việc chế độ B _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 117 _ Trên thực tế, người ta dùng chế độ AB (trung gian chế độ A chế độ B) Lúc đó, phát huy ưu điểm chế độ, giảm bớt méo phi tuyến hiệu suất chế độ B) Ngoài có chế độ C: điểm Q nằm phía điểm N trạng thái tónh, chuyển tiếp JE phân cực nghòch Chỉ tín hiệu vào đủ lớn, có dòng điện I C khác không Dạng sóng phần nửa hình sin c Chế độ khoá (còn gọi chế độ đóng mở hay chế độ D) Ngoài chế độ khuếch đại, BJT (hoặc FET) làm việc đóng ngắt điện (chế độ khoá) Lúc này, tuỳ theo xung đột điện vào (hoặc điện áp vào) mà BJT làm việc hai trạng thái đối lập: trạng thái khoá (hoặc trạng thái tắt ) Q nằm điểm N, trạng thái dẫn bão hoà (hoặc trạng thái mở) Q nằm phía điểm M (gần điểm C) Hình 5.6 Đây chế độ làm việc transistor hoạt động với tín hiệu 1.1.4 So sánh chế độ làm việc mạch khuếch đại • Chế độ A: hệ số khuếch đại, độ méo phi tuyến hiệu suất làm việc nhỏ • Chế độ B: Hệ số khuếch đại, hiệu suất làm việc độ méo phi tuyến lớn (Mạch khuếch đại nửa chu kỳ tín hiệu) • Chế độ AB: số nằm khoảng chế độ A B • Chế độ C: hiệu suất làm việc cao, hệ số khuếch đại lớn nhiên độ méo phi tuyến lớn (Chế độ thường dùng mạch khuếch đại cơng suất máy phát vơ tuyến) 1.1.5 Ngun lý làm việc mạch khuếch đại Giả sử tín hiệu vào ngõ vào mạch khuếch đại vin Khi đó, ta có: u BE = U BE + vin u BE thay đổi dẫn đến i B thay đổi theo _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 118 _ Giả sử nửa chu kỳ dương vin, IB thay đổi tới giá trị I B' Q dịch tới điểm Q’ Tương tự chu kỳ âm ta có I B'' Q” Khi điểm Q dịch chuyển đường tải I C thay đổi theo Kết ta thu dao động IC thay đổi hồn tồn theo quy luật vin (nhưng ngược pha) Sụt áp tải: uRC = RCiC tương tự thay đổi theo quy luật u thành phần xoay chiều uRc Khi chọn mạch điện linh kiện phù hợp ta thu ura > uvào ,và ta có mạch khuếch đại điện áp IC EC/RC IC0 M i Q IB0 N UCE0 EC UCE v t1 t2 t t1 t2 t Hình 5.7 Ngun lý làm việc mạch khuếch đại _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 119 _ 1.2MẠCH VI PHÂN, MẠCH TÍCH PHÂN 1.2.1 Mạch vi phân a Định nghĩa Mạch vi phân mạch điện có điện áp đầu tỷ lệ với đạo hàm bậc điện áp đầu vào uo = a C ui uc i uo R Hình 5.8 Mạch vi phân du i dt (5.12) Trong đó: a hệ số tỷ lệ Ngun lý làm việc b uo = ui + uC Ta có: (5.13) Mặt khác: u = u R = iR i=C (5.14) duC dt (5.15) u C = u i − u o = u i − RC Suy ra: du C dt Với giả thiết RC nhỏ u C ≈ u i u = RC Suy ra: du C du = RC i dt dt (5.16) Đặt RC = a biểu thức uo viết lại sau: uo = a du i dt (5.17) Kết luận: Với điều kiện tích τ = RC > t i nên tụ nạp chậm, đến thời điểm t2 tụ chưa nạp tới đỉnh Đến thời điểm t2 tụ bắt đầu phóng điện Do thời τ = RC >> t i nên tụ phóng chậm Dạng điện áp tụ dạng điện áp ngõ mạch Hình 5.11.Tích phân hàm xung vng 1.3 MẠCH XÉN (MẠCH HẠN BIÊN) 1.3.1 Định nghĩa Mạch xén mạch điện có biên độ điện áp ngõ khơng vược q giá trị ngưỡng _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 122 _ 1.3.2 Mạch xén ui t1 D t3 t t4 E R ui t2 uo uo E t + E Hình 5.12 Mạch xén Hình 5.13 Đáp ứng mạch xén Diod D phân cực nhờ hai nguồn E u i Trong nguồn E ln phân cực thuận cho D Xét nguồn ui hình vẽ, ui = U i cos(ωt + ϕ ) , giả thiết Ui > |E| + Từ 0→t1: Cả hai nguồn E ui phân cực thuận cho D Do vậy, D phân cực thuận trạng thái mở Suy ra: uo = ui + Từ t1→t2: ui phân cực ngược cho D, E phân cực thuận cho D, |u i| < |E| nên D phân cực thuận, D trạng thái mở Do vậy: uo = ui + Từ t2→t3: ui phân cực ngược cho D, E phân cực thuận cho D, |u i| > |E| nên D bị phân cực ngược chuyển qua trạng thái khố Lúc này: u o = E ( mạch hở nên khơng có sụt áp R ) + Từ t3→t4: Giống khoảng thời gian từ t1→t2 Lưu ý : Điện trở R mạch dùng để hạn chế dòng qua D D trạng thái mở 1.3.3 Mạch xén D ui t1 ui R + uo E t2 t3 t t4 uo t _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM Hình 5.14 Mạch xén đáp ứng với tín hiệu hình sin CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 123 _ Lý luận tương tự trường hợp mạch xén ta thu điện áp ngõ hình vẽ 6.13 D2 E R1 ui + E1 R2 + D1 1.3.4 Mạch xén hai biên uo E2 E 5.15 xénsau: hai biên Bài tập: Vẽ dạng tín hiệu mạch xén haiHình bên haiMạch mạch D D DD R R ui uo ui E + uo E + 1.4 MẠCH HỒI TIẾP 1.4.1 Định nghĩa Hồi tiếp Khuếch đại Mạch hồi tiếp mạch điện cho phép đưa phần điện áp đầu mạch khuếch đại ngược trở lại đầu vào Mạch hồi tiếp sử dụng nhiều mạch điện tử Hình 5.16 Sơ đồ khối mạch hồi tiếp _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 124 _ 1.4.2 Phân loại a Dựa vào pha điện áp hồi tiếp + Nếu điện áp hồi tiếp pha với điện áp đầu vào mạch ta gọi mạch hồi tiếp dương + Nếu điện áp hồi tiếp ngược pha với điện áp đầu vào mạch ta gọi mạch hồi tiếp âm b Dựa vào phụ thuộc điện áp hồi tiếp vào điện áp dòng điện + Nếu điện áp hồi tiếp phụ thuộc vào điện áp ngõ ta có mạch hồi tiếp điện áp + Nếu điện áp hồi tiếp phụ thuộc vào dòng điện ngõ ta có mạch hồi tiếp dòng điện c Dựa vào thành phần điện áp hồi tiếp + Nếu điện áp hồi tiếp lấy từ thành phần chiều điện áp ta có mạch hồi tiếp dòng chiều + Nếu điện áp hồi tiếp lấy từ thành phần xoay chiều điện áp ta có mạch hồi tiếp dòng xoay chiều 1.4.3 Ứng dụng + Mạch hồi tiếp âm thường dùng mạch khuếch nâng cao chất lượng tín hiệu chống tượng tự kích + Mạch hồi tiếp dương tường sử dụng mạch tạo sóng 1.5 MẠCH TẠO DAO ĐỘNG Trong thiết bị vơ tuyến điện, mạch tạo dao động có chức tạo dao động điện từ có độ ổn định tần số cao (Ví dụ: mạch tạo sóng mang máy phát, mạch tạo dao động nội máy thu, mạch tạo loại xung qt Dạng dao động tạo hình sin, loại xung xung vng, cưa, u u xung nhọn,… t t a) Tín hiệu xung vng u b) Tín hiệu xung tam giác u _ t t GIÁO TRÌNH KỸc)THUẬT VTĐvng - TRƯỜNG ĐHGTVT d) TínTp hiệuHCM xung nhọn Tín hiệu xung Hình 5.17 Một số dao động CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 125 _ + Rb M Lf T L C R Hình 5.18 Sơ đồ mạch tạo dao động hình sin kiểu tái sinh 1.5.1 Mạch tạo dao động hình sin kiểu tái sinh Hình 5.18 mơ tả mạch tạo dao động hình sin kiểu tái sinh Mạch cấu tạo mạch khuếch đại Phần tử khuếch đại transistor T điện trở Rb dùng để phân cực cho phần tử khuếch đại, cộng hưởng RCL cuộn dây Lf hồi tiếp dương, V nguồn chiều cấp cho mạch Ngun lý làm việc: Sau cấp nguồn cho mạch điện, cực B transistor xuất xung nhọn đơn lẻ bao gồm chuỗi dao động hình sin có tần số biến thiên khoảng từ giá trị đến ∞ Các dao động hình sin transistor T khuếch đại Ở tải tầng khuếch đại (cuộn Lf) dao động vừa khuếch đại cảm ứng sang cuộn L (cũng có nghĩa đưa vào khung dao động RCL dao động cưỡng Trong dao động có dao động có tần số trùng với tần số dao động riêng khung dao động LC ( f0 = 2π LC ) Dao động gây nên tượng cộng hưởng mạch, dao động khác bị làm yếu bị triệt tiêu Qúa trình khuếch đại dao động cực B transistor lặp lại,… Sau số chu trình định dao động có tần số f0 lại, dao động với tần số khác bị Lưu ý: Để trì dao động lượng hồi tiếp phải bù đắp cho lượng hao hụt đầu vào cách đồng bộ, nghĩa điện áp hồi tiếp phải pha với điện áp đầu vào, mạch hồi tiếp dùng mạch hồi tiếp dương Ngồi ra, biên độ điện áp hồi tíếp phải đủ lớn để bù đắp tổn hao mạch Năng lượng cần thiết để bù đắp tổn hao lấy từ nguồn V Kết luận: Mạch tạo dao động có khả biến đổi lượng điện chiều khơng đổi thành lượng biến đổi dao động điện từ trì _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 126 _ 1.5.2 Hai điều kiện cân để trì dao động Như xét trên, để bù đắp lượng điện bị mát đầu vào điện áp hồi tiếp phải thoả mãn hai điều kiện: độ lớn pha Hồi tiếp vf vi a Khuếch đại vo Hình 5.19 Sơ đồ khối mạch hồi tiếp Điều kiện cân pha Giả sử: + Khi qua thành phần khuếch đại điện áp vào bị lệch pha góc ϕ α + Khi qua thành phần hồi tiếp điện áp bị lệch thêm góc ϕ β Khi tổng độ lệch pha tín hiệu hồi tiếp là: ϕ = ϕα + ϕ β (5.20) Để có hồi tiếp dương giá trị ϕ phải thoả mãn điều kiện: ϕ = 2kπ b Điều kiện cân biên độ • Khi qua thành phần khuếch đại, dao động khuếch đại lên | K | lần Khi • qua mạch hồi tiếp dao động bị suy giảm | β | lần Để bù đắp lượng tổn hao hệ số phải thoả điều kiện sau: • |K| 1.5.3 • |β| ≥1 (5.21) Vấn đề ổn định tần số mạch tạo dao động Trong q trình làm việc, tần số mạch tạo dao động bị thay đổi nhiều ngun nhân Trong phần giới thiệu số ngun nhân cách khắc phục a Sự tác động nhiệt độ mơi trường Nhiệt độ mơi trường ảnh hưởng lớn đến dự ổn định tần số dao động Để khắc phục ảnh hưởng người ta thường sử dụng biện pháp như: dùng mạch ổn nhiệt; đặt mạch tạo động khơng gian ổn định nhiệt b Sự tác động học _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 127 _ Khi thiết bị liên lạc vơ tuyến đặt phương tiện di động tơ, tàu thủy,… rung làm sai lệch tần số dao động Vì vậy, ta cần phải có biện pháp cố định máy móc thiết bị sử dụng cấu chống rung động c Sai số linh kiện L C khung Z cộng hưởng f0s f0p f Để khắc phục sai số linh kiện mạch, người ta phải sử dụng loại linh kiện có sai số nhỏ; dùng khung cộng hưởng thạch anh thay cho khung cộng hưởng LC Một miếng thạch anh, tùy theo kích thước dày Hình 5.20 Đáp ứng tần số mỏng mà có tính chất cộng hưởng khung dao động thach anh tần số khác tương tự khung cộng hưởng LC Tại f0s thạch anh làm việc tương tự mạch cộng hưởng LC nối tiếp, f0p thạch anh làm việc mạch cộng hưởng LC song song Ngồi ra, giá trị f0s f0p ổn định nhiều so với tần số cộng hưởng khung LC 1.6 BỘ NGUỒN MỘT CHIỀU Để làm việc, thiết bị vơ tuyến điện cần cung cấp lượng điện chiều khơng đổi từ nguồn pin, acquy từ lưới điện xoay chiều Khi cung cấp lưới điện xoay chiềy, ta cần phải sử dụng nguồn chiều 1.6.1 Sơ đồ khối ∼ ui ∼u ∼u ∼u = u4 RL Hình 5.21 Sơ đồ khối nguồn chiều Bộ nguồn chiều cấu tạo gồm bốn thành phần: _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 128 _ Biến áp vào: Dùng để biến đổi điện áp vào thành điện áp có độ lớn theo u cầu Mạch chỉnh lưu: Biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều nhấp nháy Mạch lọc: Giảm độ nhấp nháy điện áp sau chỉnh lưu Mạch ổn áp: Tạo điện áp khơng đổi cung cấp cho thiết bị Trong bốn thành phần nói ta nghiên cứu hai thành phần biến áp vào mạch chỉnh lưu 1.6.2 Mạch lọc a Lọc tụ Nhờ vào q trình phóng nạp tụ mà độ nhấp nháy điện áp sau chỉnh lưu lọc Mạch thường sử dung điện trở tải lớn thiết bị u cầu cơng suất nhỏ ui t + R L uo ui uo t Hình 5.22 Mạch lọc dùng tụ b Lọc cuộn cảm Do tượng tự cảm xảy bên trong, cuộn dây ln có xu hướng chống lại biến thiên dòng điện qua nên độ nhấp nháy điện áp sau chỉnh lưu u giảm Mạch lọc thường dùng với điệni trở tải nhỏ, thiết bị u cầu cơng suất vừa lớn t ui uo RL uo _ t GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM Hình 5.23 Mạch lọc dùng cuộn cảm CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 129 _ c Lọc hỗn hợp Mạch dùng tụ cuộn cảm để lọc Mạch lọc hình chữ Π sử dụng phổ biến ui L C + + ui C RL t uo uo t Hình 5.24 Mạch lọc hỗn hợp d Lọc cộng hưởng Mạch cộng hưởng song song LC có tần số dao động riêng trùng với tần số dao động nhấp nháy điện áp sau chỉnh lưu L C RL Hình 5.25 Mạch lọc cộng hưởng _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 130 _ Lưu ý: Để nâng cao hiệu lọc, người ta dùng nhiều mạch lọc mắc nối tiếp với 1.6.3 Mạch ổn áp Điện áp đầu vào mạch ổn áp khơng ổn định hai ngun nhân sau: + Độ nhấp nháy lại sau lọc + Điện áp lưới khơng ổn định Mạch ổn áp có hai loại: loại dùng diod bán dẫn loại dùng transistor lưỡng cực d Loại dùng diod bán dẫn Loại mạch sử dụng loại diod đặc biệt diod ổn áp (diod Zener) Diod có đặc điểm chế tạo để làm việc vùng đặc tuyến đánh thủng phải phân cực ngược RR0 A -uD Ui D Uo ∆V ∆I -ID Hình 5.26 Mạch ổn áp dùng diod Zenner Ngun lý làm việc : Ta có: U o = U i − U R = U i − IR Giả sử ta cần ổn định điện áp U D ( 0) điện áp phân cực ngược diod Zener U o ( ) = U D ( ) = U i ( ) − I ( ) R ( số (0) tương ứng với đại lượng chế độ ổn định ) _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 131 _ Nếu điện áp vào thay đổi lượng ∆U i điện áp A thay đổi theo làm cho dòng điện qua diod thay đổi lượng ∆I U o = U i ( ) ± ∆U i − ( I ± ∆I ) R Hay U o = (U i (0) − I ( 0) R) ± (∆U i − ∆I R) Nếu chọn mạch điện với thơng số hợp lý cho ∆I R ≈ ∆U i Uo = Ui(0) – I(0)R = Uo(0) khơng thay đổi • Ứng dụng Mạch ổn áp dùng diod bán dẫn dùng cho mạch điện u cầu cơng suất nhỏ khoảng dao động điện áp đầu vào nhỏ e Mạch ổn áp dùng transistor lưỡng cực • Sơ đồ khối Ổn áp loại thường chia thành hai loại ổn áp nối tiếp ổn áp song song Trong thực tế, loại ổn áp nối tiếp sử dụng nhiều UT Mạch điều chỉnh Ui A Mạch so sánh khuếch đại Uc U0 Tham chiếu Ur Ngun lý làm việc: Trong trường hợp xác định ta có : Uo(0)=Ui(0) – UT(0) Giả sử U i tăng lên lượng ∆U i điện áp U o tăng theo Điện áp Hình 5.27 Sơ đồ ngun lý mạch ổn áp đưa tới ngõ vào so sánh dùng transistor khuếch so sánh với điện áp chuẩn (được đưa tới ngõ vào khác từ thành phần tham chiếu) Sự khác biệt hai điện áp khuếch tạo điện áp U C đưa tới thành phần điều chỉnh Trở kháng thành phần tăng lên kéo theo sụt áp tăng theo: U T = U T ( ) + ∆U T U = U i ( ) + ∆U i − (U T ( ) + ∆U T ) = ( Ui(0) – UT(0) ) + ( ∆U i − ∆U T ) Nếu chọn thơng số mạch thích hợp cho: ∆U i ≈ ∆U T ta có được: _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 132 _ U = (U i ( ) − U T ( 0) ) + (∆U i − ∆U T ) = U i ( ) − U T ( 0) = U o ( ) = const Trường hợp Ui giảm ta có kết tương tự • Sơ đồ ngun lý Các thành phần: + Điều chỉnh : T1 + So sánh khuếch đại : T2 + Tham chiếu : D R2 T1 A R3 R1 ui IC B T2 R2 uo C D Ngun lý làm việc: R4 R5 Hình 5.28 Mạch ổn áp dùng Transistor Trong trường hợp điện áp ổn định ta có: U o ( ) = U i ( 0) − U T 1( ) Giả sử Ui tăng: U i = U i ( 0) + ∆U i điện áp Uo A tăng theo Do vậy, điện áp lấy từ phân áp điểm B tăng theo Trong điện áp điểm C đưa tới từ thành phần tham chiếu khơng đổi Kết ta có U BE(T2) tăng lên Vì T2 loại transistor loại N-P-N nên rơi vào trạng thái dẫn mạnh hơn, dòng IC qua tăng lên Dòng qua R1 làm cho sụt áp U R1 tăng lên hay UCB(T1) tăng lên (tức UBE(T1) giảm xuống) T1 transistor N-P-N nên trở kháng Z tăng lên Do vậy, sụt áp tăng lên: U T = U T ( 0) + ∆U T Nếu thiết kế mạch với thơng số thích hợp cho: ∆U i ≈ ∆U T ta có: _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 133 _ U = (U i ( ) − U T ( 0) ) + (∆U i − ∆U T ) = U i ( ) − U T ( 0) = U o ( ) = const Ứng dụng: Mạch ổn áp dùng transistor dùng cho mạch điện u cầu cơng suất lớn khoảng điều chỉnh điện áp vào ( ∆U i ) lớn 1.6.4 Nhận xét Trong số trường hợp khơng thiết ta phải thiết kế đầy đủ bốn thành phần nguồn chiều + Nếu điện áp u cầu xấp xỉ điện áp lưới khơng cần dùng biến áp vào + Nếu điện áp khơng u cầu q khắt khe hệ số đập mạch (độ nhấp nháy) ta khơng cần dùng mạch ổn áp _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM ... a C ui uc i uo R Hình 5. 8 Mạch vi phân du i dt (5. 12) Trong đó: a hệ số tỷ lệ Ngun lý làm việc b uo = ui + uC Ta có: (5. 13) Mặt khác: u = u R = iR i=C (5. 14) duC dt (5. 15) u C = u i − u o = u... cơng thức: n K = K1 K K n = ∏ K j (5. 4) j =1 Ngồi ra, hệ số khuếch đại tính đơn vị Decibel: K i = 20 lg io (dB) ii (5. 5) K u = 20 lg uo (dB) ui (5. 6) po (dB ) pi (5. 7) K p = 10 lg Nếu có nhiều mạch... xung Hình 5. 17 Một số dao động CHƯƠNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 1 25 _ + Rb M Lf T L C R Hình 5. 18 Sơ đồ mạch tạo dao động hình sin kiểu tái sinh 1 .5. 1 Mạch