Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử 1: Phần 1 - Trần Văn Dũng (Chủ biên)

(NB) Nội dung giáo trình gồm 18 bài học, phần 1 giáo trình gồm 8 bài đầu lần lượt trình bày các nộ dung sau: Các mạch chỉnh lưu, các mạch lọc nguồn cơ bản, mạch xén và mạch ghim áp, mạch vi phân và tích phân, các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng transistor lưỡng cực , các kiểu mạch ghép tầng khuếch đại. Mời các bạn cùng tham khảo.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chủ biên: TRẦN VĂN DŨNG

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế

Nội dung của giáo trình “KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ I” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ

sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,

Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới

và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu

để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề

Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp

ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành

Xin trân trọng cảm ơn!

Tuyên bố bản quyền

Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thông tin

có thể được tham khảo

Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành

Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền

Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thông tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình

MỤC LỤC

BÀI 1: CÁC MẠCH CHỈNH LƯU 10

1.1.Mạch chỉnh lưu nửa bán kì 10

1.2.Mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode 13

1.3.Mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu dùng 4 Diode 17

1.4.Mạch chỉnh lưu hình cầu nguồn đối xứng dùng 4 Diode 21

1.5.Mạch chỉnh lưu nhân đôi điện áp 26

1.6.Mạch chỉnh lưu nhân ba điện áp 29

Bài tập: 33

BÀI 2: CÁC MẠCH LỌC NGUỒN CƠ BẢN 34

2.2.Mạch lọc dùng tụ điện C 36

2.3.Mạch lọc dùng RC 41

2.4.Mạch lọc dùng cuộn dây L 45

2.5.Mạch lọc dùng cuộn dây LC 47

2.6.Mạch lọc cộng hưởng RC 48

BÀI 3: MẠCH XÉN VÀ MẠCH GHIM ÁP 50

3.1.Khái niệm về mạch xén 50

3.2.Mạch xén trên dùng Diode 51

3.3.Mạch xén dưới dùng Diode 55

3.4.Mạch xén 2 mức dùng Diode 59

3.5.Mạch xén 2 mức dùng Diode Zenner 62

3.6.Mạch ghim áp ở mức không 65

3.7.Mạch ghim đỉnh trên mức không 67

3.8.Mạch ghim đỉnh dưới mức không 70

Bài tập 74

BÀI 4: MẠCH VI PHÂN VÀ TÍCH PHÂN 76

4.1.Mạch vi phân 76

4.2.Mạch tích phân 89

Bài tập: 102

BÀI 5:NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 103

5.1.Định nghĩa mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 103

5.2.Các chế độ công tắc của mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 104

5.3.Hồi tiếp 110

Bài tập: 114

BÀI 6: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR LƯỠNG CỰC 115

6.1.Mạch khuếch đại cực phát chung (CE) 116

6.2.Mạch khuếch đại cực gốc chung (CB) 125

6.3.Mạch khuếch đại cực góp chung (CC) 130

Bài tập: 135

BÀI 7: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR TRƯỜNG 136

7.1.Mạch khuếch đại cực nguồn chung (CS) 136

7.2.Mạch khuếch đại cổng chung CG 143

7.3.Mạch khuếch đại máng chung CD 148

7.4 Ưu nhược điểm của các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng Transistor trường 153

Bài tập : 154

BÀI 8: CÁC KIỂU MẠCH GHÉP TẦNG KHUẾCH ĐẠI 155

8.1.Các vấn đề chung của mạch ghép tầng 155

8.2.Mạch ghép tầng khuếch đại bằng RC 158

8.3.Mạch ghép tầng bằng biến áp 161

8.4.Mạch ghép tầng trực tiếp 164

8.5.Mạch khuếch đại CASCODE 169

8.6.Mạch khuếch đại DALINGTON 176

Bài tập: 181

Bài 9: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐƠN HOẠT ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ A 182

9.1.Định nghĩa và phân loại mạch khuếch đại công suất 182

9.2.Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải là điện trở 184

9.3.Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có tải ghép biến áp……… 188

Bài tập: 197

BÀI 10: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẨY KÉO SONG SONG GHÉP BIẾN ÁP HOẠT ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ B VÀ AB 199

10.1.Những vấn đề chung về tầng khuếch đại công suất đẩy kéo 199

10.2.Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song ghép biến áp hoạt động ở chế độ B 202

10.3.Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song hoạt động ở chế độ AB……….206 10.4.Ưu nhược điểm của mạch khuếch đại công suất đẩy kéo song song ghép biến

áp hoạt động ở chế độ B và AB 211 Bài tập: 212 BÀI 11 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẨY KÉO NỐI TIẾP OTL HOẠT ĐỘNG CHẾ ĐỘ AB 213 11.1.Định nghĩa mạch khuếch đại công suất nối tiếp OTL 213 11.2.Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OTL hoạt động ở chế độ AB……… 213 Bài 12: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẨY KÉO NỐI TIẾP OCL HOẠT ĐỘNG CHẾ ĐỘ AB 222 12.1.Định nghĩa 222 12.2.Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp OCL hoạt động ở chế độ AB 223 BÀI 13 CÁC MẠCH BẢO VỆ TRANSISTOR CÔNG SUẤT LỚN 232 13.1.Định nghĩa 232 13.2.Mạch bảo vệ Transistor công suất lớn bằng phương pháp giảm tổng trở ngõ vào 232 13.3.Mạch bảo vệ Transistor công suất lớn bằng phương pháp cắt nguồn cho các Transistor công suất lớn 234 13.4.Lắp ráp và cân chỉnh các mạch bảo vệ Transistor công suất lớn 235 13.5.Kiểm tra chẩn đoán, sửa chữa các hỏng hóc của các mạch bảo vệ 236 BÀI 14: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU BIẾN THIÊN CHẬM GHÉP TRỰC TIẾP 237

14.1.Những vấn đề chung về mạch khuếch đại biến thiên chậm 237

14.2.Mạch khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm ghép trực tiếp ba tầng 238

14.3.Các phương pháp giảm độ trôi điểm không của mạch khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm ghép trực tiếp 241

14.4.Lắp ráp và cân chỉnh các mạch khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm ghép trực tiếp 3 tầng 242

14.5.Kiểm tra chẩn đoán, kiểm tra và sửa chữa các mạch khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm ghép trực tiếp 245

Bài 15: KHUẾCH ĐẠI MỘT CHIỀU CÓ BIẾN ĐỔI TRUNG GIAN 246

15.1.Sơ đồ khối chức năng của mạch khuếch đại một chiều có biến đổi trung gian 246

15.2.Mạch điều chế dùng transistor 248

15.3.Mạch khuếch đại một chiều có biến đổi trung gian 249

BÀI 16: MẠCH ỔN ÁP 250

16.1.Định nghĩa mạch ổn áp 251

16.2.Mạch ổn áp tuyến tính nối tiếp dùng transistor 251

16.3.Mạch ổn áp tuyến tính nối tiếp dùng OP-AMP 256

16.4.Mạch ổn áp tuyến tính mắc song song dùng Transistor 258

16.5.Mạch ổn áp song song dùng Op-Amp 260

16.6.Mạch ổn áp dùng IC 262

16.7.Mạch ổn áp dùng IC có thể cân chỉnh được điện áp ra 264

16.8.Các mạch ổn áp dùng IC cải tiến 265

Bài tập : 266

BÀI 17: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI 270

17.1.Các vấn đề chung về mạch khuếch đại vi sai 270

17.2.Mạch khuếch đại vi sai hoạt động ở chế độ khuếch đại một chiều 271

17.3.Mạch khuếch đại vi sai hoạt động ở chế độ khuếch đại xoay chiều ngõ vào đơn 273

17.4.Mạch khuếch đại vi sai hoạt động ở chế độ khuếch đại xoay chiều ngõ vào vi sai 278

17.5.Mạch khuếch đại vi sai hoạt động ở chế độ khuếch đại xoay chiều ngõ vào đồng pha 280

17.6.Mạch khuếch đại vi sai có tải động (kiểu gương dòng điện) 281

BÀI 18: VI MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP-AMP) 284

18.1.Định nghĩa và kí hiệu của vi mạch thuật toán 284

18.2.Các tính chất cơ bản của OP-AMP 286

18.3.Các tham số cơ bản của bộ KDTT 287

18.4.Giới thiệu một số vi mạch khuếch đại thuật toán thông dụng 289

18.5.Thực hành các mạch ứng dụng cơ bản: 292

18.6.Kiểm tra mạch khuếch đại 297

BÀI 1: CÁC MẠCH CHỈNH LƯU

Mã mô đun MĐ 13 01 GIỚI THIỆU

Các mạch điện tử đều dùng đến linh kiện tích cực để tạo ra hay biến đổi hoặc

xử lý các tín hiệu (điều chế, khuếch đại, chuyển đổi sang tín hiệu khác ) Các linh kiện tích cực hoạt động với nguồn cung cấp là một chiều(DC), nên cần phải biến đổi nguồn xoay chiều(AC) thành nguồn một chiều qua mạch chỉnh lưu

Mục tiêu : Biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện,dạng sóng và mức điện

áp ngõ vào và ra của mạch chỉnh lưu một bán kỳ

1.1.1 Mạch điện và tác dụng linh kiện

1.1.1.1 Mạch điện

Hình 1.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ

1.1.1.2 Tác dụng của linh kiện

- Biến thế: Làm biến đổi mức điện áp nguồn xoay chiều ở ngõ vào, thành một hay nhiều mức điện áp nguồn xoay khác nhau ở ngõ ra theo yêu cầu của tải

- Diode: Dùng để chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều

- Điện trở tải Rtải: Thiết bị tiêu thụ điện

1.1.2 Sơ đồ dạng sóng mạch chỉnh lưu một bán kỳ

Hình 1.2 Dạng sóng mạch chỉnh lưu một bán kỳ

Hình 1.3 Dạng sóng chạy mô phỏng mạch chỉnh lưu một bán kỳ

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điện

- Khi cấp nguồn điệp áp xoay chiều ngõ vào cuộn sơ cấp, thì điện áp ngõ ra hai

đầu cuộn thứ cấp xuất hiện một điện áp cảm ứng xoay chiều

- Xét ở bán kỳ dương (VAC> 0) thì diode D dẫn điện:

nên biên độ đỉnh VmDC = VmAC - V

Giá trị V = (0,40,8)V rất nhỏ so với VmAC có thể được bỏ qua V

- Xét ở bán kỳ âm (VAC< 0) diode D ngưng dẫn: ID = 0 nên VDC = ID.RTải = 0

- Chọn mức điện áp AC ngõ vào 3V (VhdAC = 3V)

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp VDC

- Vẽ dạng sóng điện áp VAC(V), điện áp VDC(V) trên cùng hệ trục

Hình 1.5 Vẽ dạng sóng điện áp VAC , điện áp VDC trên cùng hệ trục

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(AC) =

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(DC) =

- Tính V = Vm(AC) – Vm(DC) =

- Tính hệ số A11 = biết giá trị Vhd(AC) = A11Vm(AC)

- Tính hệ số B11 = biết giá trị Vhd(DC) = B11Vm(DC)

1.2 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode

Mục tiêu: Biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện,dạng sóng và mức điện

áp ngõ vào và ra của mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode

1.2.1 Mạch điện và tác dụng linh kiện

1.2.1.1 Mạch điện

Hình 1.6 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode

1.2.1.2 Tác dụng của linh kiện

- Biến thế đối xứng: Làm biến đổi mức điện áp nguồn điện xoay chiều ở ngõ vào,

thành một hay nhiều mức điện áp xoay chiều đối xứng (U21= - U22) khác nhau ở ngõ ra

- Diode (D1, D2): Dùng chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều

- Điện trở tải Rtải: Thiết bị tiêu thụ điện

1.2.2 Sơ đồ dạng sóng tín hiệu chỉnh lưu hai bán kỳ

Hình 1.7 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hai bán kỳ dùng 2 diode

Hình 1.8 Dạng sóng chạy mô phỏng mạch chỉnh lưu hai bán kỳ

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điện

- Khi có nguồn xoay chiều ngõ vào cuộn sơ cấp của biến thế đảo pha, thì các đầu

cuộn thứ cấp tạo ra điện áp cảm ứng đối xứng nhau U21 = - U22

- Xét ở bán kỳ dương (U21> 0) thì D1 dẫn điện, D2 ngưng dẫn điện

I

D D

1

dòng điện I  R I D1 nên biên độ đỉnh VmDC = VmAC - V

- Xét ở bán kỳ âm (U22> 0) thì D1 ngưng dẫn điện; D2 dẫn điện

I

D D

2

dòng điện I  R I D2 nên VmDC = VmAC - V

Giá trị V = (0,40,8)V rất nhỏ so với VAC có thể được bỏ qua V

1.2.4 Ứng dụng của mạch điện

Dùng tạo ra một bộ nguồn một chiều (DC), cung cấp cho các thiết bị đơn giản

1.2.5 Thực hành Ráp mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode

Bước 1: Ráp mạch như hình 1.9

Hình 1.9 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode

Bước 2: Thực hiên phép đo dùng đồng hồ VOM:

- Chọn mức điện áp AC ở ngõ ra của biến thế theo bảng số liệu 1.2

Bước 3: Thực hiện phép đo dùng dao động ký (Osillocope):

- Chọn mức điện áp ngõ vào VhdAC = ±12V

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp VDC

- Vẽ dạng sóng điện áp VAC và VDC trên cùng hệ trục vào hình 1.10

Hình 1.10 Vẽ dạng sóng ngõ vào điện áp VAC , ngõ ra điện áp VDC

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(AC) =

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(DC) =

- Tính V = Vm(AC) – Vm(DC) =

- Tính hệ số A12 = biết giá trị Vhd(AC) = A12Vm(AC)

- Tính hệ số B12 = biết giá trị Vhd(DC) = B12Vm(DC)

1.3 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu dùng 4 Diode

Mục tiêu : Biết được sơ đồ mạch điện, dạng sóng và mức điện áp ngõ racủa mạch

chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu 4 diode

1.3.1 Mạch điện và tác dụng linh kiện

1.3.1.1 Mạch điện:

Hình 1.11 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu dùng 4 Diode

1.3.1.2 Tác dụng của linh kiện:

- Biến thế: Làm biến đổi mức điện áp nguồn xoay chiều ở ngõ vào, thành một hay nhiều mức điện áp nguồn xoay khác nhau ở ngõ ra theo yêu cầu của tải

- Diode (D1, D2,D3, D4): Dùng để nắn điện chuyển nguồn điện AC thành nguồn DC(một chiều)

- Điện trở tải Rtải: Thiết bị tiêu thụ điện

1.3.2 Sơ đồ dạng sóng mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu dùng 4 Diode

Hình 1.12 Sơ đồ dạng sóng mạch chỉnh lưu cầu dùng 4 Diode

Hình 1.13 Dạng sóng chạy mô phỏng mạch chỉnh lưu cầu dùng 4 Diode

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điện

- Xét ở bán kỳ dương (VAC> 0) thì D1, D3 dẫn điện và D2, D4 ngưng dẫn điện Diode D2, D4 ngưng dẫn điện nên dòng điện ID2 = ID4 =0

I I

D D

D D

3 1

3

do dòng điệnI R I D1 I D3

Biên độ đỉnh VmDC = VmAC - 2V VmAC ( xét diode lý tưởng V = 0)

Dòng điện đi từ VA qua D1, kế tiếp qua Rtải, đến D3 cuối cùng là VB

- Xét ở bán kỳ âm (VAC< 0) thì D1, D3 ngưng dẫn điện; D2, D4 dẫn điện

Diode D1, D3 ngưng dẫn điện nên dòng điện ID1 = ID3 =0

Biên độ đỉnh VmDC = VmAC - 2V VmAC ( xét diode lý tưởng V = 0)

Dòng điện đi từ VB qua D2, kế tiếp qua Rtải, đến D4 cuối cùng là VA

1.3.4 Ứng dụng của mạch điện

Dùng tạo ra một bộ nguồn một chiều (DC) cung cấp cho các thiết bị

1.3.5 Thực hành ráp chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu dùng 4 Diode

Bước 1: Ráp mạch như hình 1.14 chọn:

Biến thế 1A điện áp ngõ vào 220V các giá trị điện áp ngõ ra: 3V; 4,5V; 6V; 7,5V; 9V; 12V

Diode 1N 4007 ( số lượng 4) Tải R Tải = 10kΩ

Hình 1.14 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu dùng 4 Diode

Bước 2: Thực hiện phép đo dùng đồng hồ VOM

- Đo điện áp hiệu dụng VhdAC tại ngõ ra của biến thế theo bảng số liệu 1.3

- Đo điện áp hiệu dụng DC (VhdDC) tại ngõ ra DC Ghi nhận kết quả đo tương ứng điện áp hiệu dụng AC vào bảng số liệu 1.3

Bước 3: Thực hiện phép đo dùng dao động ký (Osillocope):

- Chọn mức điện áp ngõ vào VhdAC = 6V

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC. CH2 (CHB) đo điện áp VDC

- Vẽ dạng sóng điện áp VAC , điện áp VDC trên cùng hệ trục vào hình 1.15

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(AC) =

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(DC) =

- Tính V = VmAC - VmDC

Hình 1.15 Vẽ dạng sóng điện áp VAC , điện áp VDC

- Tính hệ số A31 = Biết giá trị Vhd(AC) = A31 Vm(AC)

- Tính hệ số B31 = Biết giá trị Vhd(DC) = B31 Vm(DC)

- Tính hệ số C31 = Biết giá trị Vhd(DC) = C31 Vhd(AC)

1.4 Mạch chỉnh lưu hình cầu nguồn đối xứng dùng 4 Diode

Mục tiêu : Biết được sơ đồ mạch điện, dạng sóng, mức điện áp ngõ ra, ứng dụng và

thực hành ráp mạch chỉnh lưu hình cầu nguồn đối xứng dùng 4 diode

1.4.1 Mạch điện và tác dụng linh kiện

1.4.1.1 Mạch điện

Hình 1.16 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu nguồn đối xứng dùng 4 Diode

1.4.1.2 Tác dụng của linh kiện

- Biến thế đối xứng: Làm biến đổi mức điện áp nguồn điện xoay chiều ở ngõ vào,

thành một hay nhiều mức điện áp xoay chiều đối xứng (U21= - U22) khác nhau ở ngõ ra

- Diode (D1; D2; D3; D4): Nắn điện nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều

- Tụ điện C1, C2: Nạp điện làm ổn định mức điện áp ngõ ra DC

- Tải RL: Là thiết bị tiêu thụ điện

1.4.2 Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu hình cầu nguồn đối xứng dùng 4 Diode

Hình 1.17 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình cầu nguồn đối xứng dùng 4 diode

Hình 1.18 Mô phỏng mạch chỉnh lưu hình cầu nguồn đối xứng có tụ điện

Hình 1.19 Mô phỏng mạch chỉnh lưu hình cầu nguồn đối xứng không có tụ điện

1.4.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điện

- Xét ở bán kỳ dương ngõ vào AC thì (U21> 0; U22< 0) nên diode D1, D3 dẫn điện và D2, D4 ngưng dẫn điện

Diode D2, D4 ngưng dẫn điệnI D2 I D4  0 (hở mạch D2, D4)

Diode D1 dẫn dòng điện I D1 tạo điện áp dương ngõ raV DC và tụ C1 điện áp nạp làm giảm độ gợn sóng

Diode D3 dẫn dòng điện I D3 tạo điện áp âm ngõ raV DC và tụ C2 điện áp nạp làm giảm độ gợn sóng

- Xét ở bán kỳ âm ngõ vào VAC thì (U21< 0; U22> 0) nên diode D2, D4 dẫn điện

và D1, D3 ngưng dẫn điện

Diode D1, D3 ngưng dẫn điệnI D1 I D3  0 (hở mạch D1, D3)

Diode D2 dẫn dòng điện I D2 tạo điện áp dương ngõ raV DC và tụ C1 điện áp nạp làm giảm độ gợn sóng

Diode D4 dẫn dòng điện I D4 tạo điện áp âm ngõ raV DC và tụ C2 điện áp nạp làm giảm độ gợn sóng

1.4.4 Ứng dụng của mạch điện

Dùng tạo ra một bộ nguồn một chiều (DC) đối xứng cung cấp cho các thiết bị

1.4.5 Thực hành Ráp mạch chỉnh lưu hình cầu đối xứng dùng 4 Diode

Bước 1: Ráp mạch như hình 1.20

Chọn biến thế đảo pha điện áp ngõ vào 220V, điện áp ngõ ra các giá trị:

±4,5V; ±12V; ±24V

Diode 1N 4007 ( số lượng 4)

Tụ C1, C2 trị số 2200μF- 50V; Tải RL= 10k

Hình 1.20 Mạch chỉnh lưu hình cầu đối xứng dùng 4 Diode

Bước 2: Thực hiện phép đo dùng đồng hồ VOM

Đo điện áp hiệu dụng AC (VhdAC) tại ngõ ra của biến thế theo bảng số liệu 1.4

Bước 3: Thực hiện phép đo dùng dao động ký (Osillocope):

Chọn mức điện áp ngõ vào VhdAC = ±9V Vẽ dạng sóng VAC , +VDC vào hình 1.21

Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp +VDC

Hình 1.21 Vẽ dạng sóng điện áp VAC , điện áp +VDC trên cùng hệ trục

Chọn mức điện áp ngõ vào VhdAC = 12V Vẽ dạng sóng VAC , -VDC vào hình 1.22

Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp -VDC

Hình 1.22 Vẽ dạng sóng điện áp VAC , điện áp -VDC trên cùng hệ trục

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(AC) =

1.5 Mạch chỉnh lưu nhân đôi điện áp

Mục tiêu : Biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện, mức điện áp ngõ ra

ứng dụng của mạch chỉnh lưu nhân đôi điệp áp

1.5.1 Mạch điện tác dụng của linh kiện

1.5.1.1 Mạch điện

Hình 1.23 Mạch chỉnh lưu nhân đôi điệp áp kiểu Schenbel

Hình 1.24 Mạch chỉnh lưu nhân đôi điệp áp kiểu Latour

1.5.1.2 Tác dụng của linh kiện

- Biến thế: Làm thay đổi mức điện áp nguồn AC (xoay chiều)

- Diode (D1; D2): Nắn điện chuyển nguồn điện AC thành nguồn DC (một chiều)

- Tụ điện C1, C2: Nạp xả điện làm tăng mức điện áp

1.5.2 Nguyên lý hoạt động (kiểu Schenbel)

- Xét ở bán kỳ âm (VAC< 0) thì D1 dẫn điện; D2 ngưng dẫn điện

Diode D2 ngưng dẫn điệnI D2  0 (hở mạch D2)

Diode D1 dẫn điện dòng điện I D1 nạp vào tụ C1 điện áp V(AC) U  C1 V(AC)

- Xét ở bán kỳ dương (VAC> 0) thì D1 ngưng dẫn điện; D2 dẫn điện

Diode D1 ngưng dẫn điệnI D1  0 (hở mạch D1)

Diode D2 dẫn điện dòng điện ID2 nạp tụ C2 gồm 2 thành phần điện áp của UC1 =

V(AC) và điện áp ở bán kỳ dương V(AC) nên U C2  2V(AC)

Hình 1.25 Kết quả mô phỏng mạch chỉnh lưu nhân đôi điệp áp kiểu Schenbel

Hình 1.26 Kết quả mô phỏng mạch chỉnh lưu nhân đôi điệp áp kiểu Latour

Hình 1.27 Mạch chỉnh lưu nhân đôi điệp áp kiểu Latour

Bước 2: Dùng VOM đo điện áp VhdDC tại ngõ ra của biến thế theo bảng số liệu 1.5

Bảng số liệu 1.5

VhdAC(V)

VhdDC(V)

Hệ số

- Nhận xét giá trị hệ số K15:

Bước3: Thực hiện phép đo dùng dao động ký (Osillocope)

Chọn mức điện áp ngõ vào VhdAC = 6V, vẽ dạng sóng VAC , VDC vào hình 1.28

Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp VDC

Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(AC) = Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(DC) =

Hình 1.28 Vẽ dạng sóng điện áp VAC , điện áp +VDC trên cùng hệ trục

- Tính hệ số A1.5 = Biết giá trị Vhd(AC) = A1.5 Vm(AC)

- Tính hệ số B1.5 = Biết giá trị Vhd(DC) = B1.5 Vm(DC)

Nhận xét chung giá trị các hệ số A1.5, B1.5, C1.5:

1.6 Mạch chỉnh lưu nhân ba điện áp

Mục tiêu : Biết được sơ đồ mạch điện, mức điện áp ngõ ra, ứng dụng và thực hành

ráp mạch chỉnh lưu nhân ba điện áp

1.6.1 Mạch điện tác dụng của linh kiện

1.6.1.1 Mạch điện

Hình 1.29 Mạch chỉnh lưu nhân ba điện áp

1.6.1.2 Tác dụng của linh kiện:

- Biến thế: Làm thay đổi mức điện áp nguồn AC (xoay chiều)

- Diode (D1; D2): Nắn điện chuyển nguồn điện AC thành nguồn DC (một chiều)

- Tụ điện C1, C2, C3, C4 dùng nạp xả điện làm tăng mức điện áp

1.6.2 Nguyên lý hoạt động

- Xét ở bán kỳ âm (VAC< 0) thì D1, D3 dẫn điện, D2 ngưng dẫn điện

Diode D2 ngưng dẫn điệnI D2  0 (hở mạch D2)

Diode D1 dẫn điện dòng điện I D1 nạp vào tụ C1 điện áp VP(AC) nên U C1V P AC( ),

và diode D3 dẫn điện dòng điện I D3 nạp vào tụ C3 một mức điện áp UC3 = VP(AC)

- Xét ở bán kỳ dương (VAC> 0) thì D1,D3 ngưng dẫn điện; D2 dẫn điện

Diode D1,D3 ngưng dẫn điệnI D1I D3  0 (hở mạch D1 và D3)

Diode D2 dẫn điện dòng điện I D2 nạp vào tụ C2 gồm điện áp Uc1 nạp trước đó

và điện áp ở bán kỳ dương VP(AC)nên điện áp UC2  2V P(AC)

- Vậy điện áp V DC= UC4 = UC2 + UC3  3V P(AC)

Hình 1.30 Kết quả mô phỏng mạch nhân 3

Bước 2: Dùng VOM đo điện áp VhdDC tại ngõ ra của biến thế theo bảng số liệu 1.6

Bước3: Thực hiện phép đo dùng dao động ký (Osillocope)

Chọn mức điện áp ngõ vào VhdAC = 6V, vẽ dạng sóng VAC , VDC vào hình 1.32

Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp VDC

Hình 1.32 Vẽ dạng sóng điện áp VAC , điện áp VDC trên cùng hệ trục

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(AC) =

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(DC) =

- Tính hệ số A1.5 = Biết giá trị Vhd(AC) = A1.5 Vm(AC)

- Tính hệ số B = Biết giá trị V = B V

Nhận xét chung giá trị các hệ số A1.5, B1.5, C1.5:

Bài tập:

Bài1: Cho điện áp nguồn tín hiệu xoay chiều hình sin ngõ vào bộ chỉnh chỉnh lưu

một bán kỳ có biên độ đỉnh Vp(ac) =100V

Câu 1: Tính giá trị hiệu dụng điện áp nguồn xoay chiều Vhd(ac)

Câu 2: Tính giá trị hiệu dụng điện áp nguồn một chiều ở ngõ ra Vhd(DC)

Đáp số: Vhd(ac) = 70,71(V); Vhd(DC) = 31,82(V)

Bài 2: Dùng VOM đo điện áp nguồn tín hiệu xoay chiều hình sin ngõ vào bộ chỉnh

chỉnh lưu hai bán kỳ là 12V (Vhd(ac) =12V)

Câu 1: Tính giá trị biên độ đỉnh điện áp nguồn xoay chiều Vp(ac)

Câu 2: Tính giá trị hiệu dụng điện áp nguồn một chiều ở ngõ ra Vhd(DC)

Đáp số: Vm(ac) = 17(V); Vhd(DC) = 10,8(V)

Bài 3: Dùng VOM đo điện áp nguồn tín hiệu xoay chiều hình sin ngõ vào bộ chỉnh

chỉnh lưu nhân đôi điện áp là 12V (Vhd(ac) =12V)

Câu 1: Tính giá trị biên độ đỉnh- đỉnh điện áp nguồn xoay chiều Vp-p(ac)

Câu 2: Tính giá trị hiệu dụng điện áp nguồn một chiều ở ngõ ra Vhd(DC)

Đáp số: Vp-p(ac) = 34(V); Vhd(DC) ≈ 44(V)

Bài 4: Dùng VOM đo điện áp nguồn tín hiệu xoay chiều hình sin ngõ vào bộ chỉnh

chỉnh lưu nhân ba điện áp là 24V (Vhd(ac) =24V) Hãy tính giá trị hiệu dụng điện áp nguồn một chiều ở ngõ ra Vhd(DC) Đáp số: Vhd(DC) ≈102(V)

BÀI 2: CÁC MẠCH LỌC NGUỒN CƠ BẢN

Mã mô đun MĐ 13 02

GIỚI THIỆU

Các mạch lọc nguồn cơ bản thường dùng các linh kiện thụ động R-L-C để loại

bỏ hay giảm đi độ gợn sóng của nguồn một chiều sau khi qua mạch chỉnh lưu

Thiết kế và thi công được các mạch lọc nguồn một chiều

Tính toán được mức điện áp ra một chiều sau khi qua bộ lọc

Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có bộ lọc

2.1.2 Độ gợn điện áp đầu ra của mạch lọc

Điện áp được chỉnh lưu sau khi qua bộ lọc gồm thành phần một chiều và thành phần hài (gợn sóng) Thành phần hài có mức điện áp là Vr do sự nạp xả của

V

V V V

Với VKT: Điện áp không tải (V)

VCT: Điện áp có tải (V)

VR = 0 độ ổn định của mạch đạt được mong muốn khi thiết kế bộ nguồn DC

2.1.3.3 Hê số gợi sóng của bộ chỉnh lưu

- Đối với mạch chỉnh lưu một bán kỳ:

Điện áp một chiều đầu ra: Udc = 0,318Um

Điện áp gợn sóng: Urms = 0,385Um

Độ gợn sóng :

- Đối với mạch chỉnh lưu hai bán kỳ:

Điện áp một chiều đầu ra: Udc = 0,636Um

Điện áp gợn sóng: Urms = 0,308Um

Độ gợn sóng :

Khi nối với tải điện áp thực tế đo được 22V (VCT = 22V) Hãy tính độ ổn định điện

áp

Giải:

Độ ổn định điện áp: 0 100 0 9 0

22

22 24

V

V V V

2.2 Mạch lọc dùng tụ điện C

Mục tiêu: Biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện, dạng sóng điện áp ngõ

ra, tính toán được các thông số và ứng dụng của mạch lọc dùng tụ điện C

2.2.1 Sơ đồ mạch điện và tác dụng của linh kiện

2.2.1.1 Sơ đồ mạch điện

Hình 2.2 Mạch chỉnh lưu bán kỳ có tụ lọc C

Hình 2.3 Mạch chỉnh lưu hai bán kỳ có tụ lọc C

2.2.1.2 Tác dụng của linh kiện

- Biến thế (hạ áp): Làm biến đổi mức điện áp nguồn xoay chiều ở ngõ vào, thành một hay nhiều mức điện áp xoay chiều khác nhau ở ngõ ra

- Diode: Dùng để chỉnh lưu nguồn điện nguồn xoay thành nguồn một chiều

- Tụ điện C: Dùng để lọc nguồn thực hiện quá trình nạp - xả làm giảm độ gợn sóng điện áp ngõ ra một chiều

- Điện trở RTải(Rt): Ngoài nhiệm vụ là tải tiêu thụ công suất Điện trở này cũng làm ảnh hưởng thời gian xả tụ C nhanh hay chậm làm ổn định điện áp DC

- Khi điện áp của tụ điện UC >Vm thì tụ điện C thực hiện quá trình xả điện, với hằng số thời gian nạp  = RTải C (trong trường hợp này Diode phân cực thuận nên

RD có giá trị lớn)

2.2.4 Tính toán các thông số của mạch

- Biên độ điện áp gợn sóng Ur = Vmax - Vmin

- Điện áp gợn sóng tính theo tần số f ngõ vào bộ lọc: ( )

f C



- Điện áp một chiều Udc = Vm

-Trong đó: Vm: Là biên độ điện áp sau khi qua bộ chỉnh lưu đơn vị (V)

Idc: là dòng điện tải đơn vị (A) C: Điện dung của tụ lọc đơn vị (F)

fL: Tần số tín hiệu vào bộ lọc(Hz) Giá trị tụ điện C càng lớn thì điện áp Vr(rms) càng nhỏ nên nguồn DC được ổn định Udc ≈ Vm = Uhd(ac)

Thường chọn giá trị của tụ điện C khoảng vài trăm µF đến vài ngàn µF

Ví dụ 2.2: Điện áp VAC(t) ngõ vào biến thế có tần số f= 60Hz của bộ chỉnh lưu hai bán kỳ, với giá trị tụ C= 100µF và dòng điện tải IDC = 50mA, RTải = 2k Tính điện áp gợn sóng, điện áp một chiều VDC, Độ gợn sóng ngõ ra của bộ lọc tụ C Viết biểu thức VAC(t) và tính điện áp hiệu dụng Vhd(AC)

Giải:

- Đối với nguồn chỉnh lưu hai bán kỳ nên tần số ngõ vào bộ lọc: fL = 2f = 120Hz

C f

I V

L

DC rms

10 100 120 3 2

10 50

2 , 1 100 100

2 , 1

V r

- Viết biểu thức VAC(t):

Biên độ điện áp độ gợn sóng: Vmr = 2.V r rms( )  2.1, 2 1.697  V

Biên độ điện áp độ Vm(AC) = VDC + Vmr = 100+ 1.697 102V

Vậy biểu thức VAC(t) = 102sin120t (V)

- Tính điện áp hiệu dụng V AC V m AC V

2

102 2

) ( )

2.2.5 Ứng dụng của mạch

Thường dùng trong các mạch lọc nguồn đơn giản nhằm ổn định mức điện áp

2.2.6 Thực hành

Bước 1: Ráp mạch điện như hình 2.7

Chọn biến thế điện áp ngõ vào 220V, điện áp ngõ ra các giá trị 12V

Diode 1N 4007 (số lượng 4),

Tụ điện C có các trị số 1μF- 50V; 10μF- 25V, 100μF- 25V, 2200μF- 25V Tải RL= 10kΩ

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp VDC

- Vẽ dạng sóng điện áp VAC(V), điện áp VDC(V) trên cùng hệ trục

Hình 2.8 Vẽ dạng sóng điện áp VAC , điện áp VDC trên cùng hệ trục

- Tính Ur(rms) =

- Tính độ gợn sóng r =

Bước 4: Thực hiên phép đo dùng dao động ký (Osillocope):

- Chọn trị số tụ điện 2200μF- 50V

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp VDC

- Vẽ dạng sóng điện áp VAC(V), điện áp VDC(V) vào hình 2.9

Hình 2.9 Vẽ dạng sóng điện áp V , điện áp V trên cùng hệ trục