- Nhận xét: Nguyên tắc này rất ít được sử dụng vì khi thiết kế chế tạo rất phức
3.5. Lưu chọn sơ đồ các khâu 1 Chọn khâu đồng pha.
3.5.1. Chọn khâu đồng pha.
1. Khâu đồng pha dùng Tranzitor và tụ.
a. Sơ đồ khâu. 38
. ..R1 R1 R2 D Tr C ura
Hình.3.6. Mạch điện của khâu đồng pha dùng tụ và Tranzior A
B
40
t Uđf
t 0
0
b. Hoạt động của sơ đồ:
- Ở nửa chu kỳ dương uA(+), uB(-) nên có dòng qua A - R1 - D - B. Điện áp đặt lên cực Bazơ của Tranzto mang giá trị dương, tranzito bị phân cực ngược, do đó Tranzito bị khoá. Tụ C được nạp điện từ nguồn E qua R2 theo qui luật:
uC(t) = E(1- e-t/RC) Điện áp ra ura = uC(t).
- Ở nửa chu kỳ âm, điện áp đổi dấu nên điện thế tại A mang dấu âm (-) còn điện thế tại B mang dấu dương (+). Khi cực Bazơ của Tranzito có giá trị bằng không và đổi dấu, thì tụ C bắt đầu phóng điện qua Tranzito, lúc này Tranzito phân cực thuận còn Diôt D bị phân cực ngược nên Diôt D bị khoá.
Đối với sơ đồ này để có được urc tuyến tính, thì hằng số thời gian τ cần phải thỏa mãn: τ = C.R2 ≥ T
c. Ưu nhược điểm của sơ đồ + Ưu điểm :
- Điện áp tuyến tính phủ hết nửa chu kỳ điện áp dương. - Tiêu thụ dòng và áp nhỏ.
- Cấu tạo đơn giản, tin cậy. +Nhược điểm :
- Việc mở, khoá tranzito trong vùng lân cận không là thiếu chính xác. Làm việc nạp, xả của tụ trong vùng đó không được như ý muốn.
2. Khâu đồng pha dùng bộ ghép quang.
a. Sơ đồ khâu.
Uv A
B
Hình 3.8. Sơ đồ khâu đồng pha dùng bộ ghép quang
b. Hoạt động của sơ đồ
Ở nửa chu kỳ dương điện thế ở A mang dấu dương VA(+), còn thế tại B mang dấu âm VB(-), Diôt D bị phân cực ngược, Diôt D0 phân cực thuận, do đó có dòng chạy qua A - R1 - D0 - B. Lúc này D0 phát sóng, Tranzito không dẫn, tụ C nạp điện áp từ +E - R2 -C. Thời gian nạp tụ phụ thuộc vào tích số R2C.
Đến nửa chu kỳ sau điện thế tại A và B đổi dấu, lúc này VA(-), VB(+) dòng điện qua Diôt D còn Diôt D0 bị khóa, Tranzito phát quang dẫn, tụ C phóng điện qua Tranzito.
c. Ưu nhược điểm của sơ đồ + Ưu điểm :
- Không phải dùng máy biến áp đồng pha, nên việc chế tạo và nắp giáp đơn giản hơn, kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ.
- Cách ly nguồn xoay chiều với mạch điều khiển. + Nhược điểm :
- Việc mở khoá Tranzitor trong vùng điện áp lân cận không thiếu chính xác Nói chung các sơ đồ trên ít dùng do chất lượng điện áp tựa không tốt, do các
linh kiện điện tử có sụt áp nhất định nên vùng biến thiên tuyến tính của điện áp tựa không phủ hết 1800. Do đó góc mở van bị giới hạn, tức là điện áp tải không điều chỉnh được từ 0 tới cực đại.
3. Khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán.
a. Sơ đồ khâu :
BA1 A1
Hình 3.10. Sơ đồ tín hiệu điện áp ra của khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán t t 0 0 U t Ung 0 t UA UB Ura
Hình 3.9. Sơ đồ khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán
b. Hoạt động của sơ đồ
Nửa chu kỳ đầu điện thế ở A mang dấu dương “+”, qua khuếch đại thuật toán A1 một chuỗi xung hình chữ nhật UB qua Diốt D tới khuếch đại thuật toán A2 tích phân thành điện áp răng cưa Urc, do Tranzito phân cực ngược nên tụ C nạp điện áp.
Nửa chu kỳ sau, điện thế ở A đổi dấu, lúc này thế ở A mang dấu âm “-“ dòng điện qua khuếch đại thuật toán A1, Diốt D lúc này bị phân cực ngược
nên bị khóa không cho dòng chạy qua. Tranzito mở, làm ngắn mạch khuếch
đại thuật toán A2 và tụ C, tụ C xả năng lượng qua Tranzito, nên điện áp răng cưa hạ về không trong vùng điện áp UB âm. Như vậy ở đầu ra của khuếch đại thuật toán A2 chúng ta thu được các xung điện áp răng cưa Urc.
c. Ưu điểm của sơ đồ:
- Tác động nhanh, các sườn xung răng cưa dốc, độ chính xác cao. - Cho chất lượng điện áp tốt.
Kết luận: Qua phân tích một số sơ đồ tạo xung răng cưa, ta thấy nếu chọn sơ đồ dùng Tranzito và tụ,và sơ đồ đồng pha dùng bộ ghép quang thì việc mở, khoá Tranzito không được chính xác tại vùng điện áp không và việc xả, nạp của tụ C trong vùng này không được như ý muốn nên chúng ta không chọn. Vậy với sơ đồ đồng pha dùng khuếch đại thuật toán có ưu 46
điểm tác động nhanh, gọn nhẹ, độ chính xác cao nên được ứng dụng nhiều trong thiết kế mạch đồng pha.
3.5.2. Chọn khâu so sánh.
Để xác định được thời điểm cần mở tiristor chúng ta cần so sánh điện áp ra của
khâu đồng pha Urc với điện áp điều khiển Uđk. Khi Uđk=Urc thì phát xung điều khiển mở transitor. Các khâu so sánh thông dụng là:
1. Khâu so sánh thực hiện bằng Tranzitor.
Hình.3.11. Sơ đồ so sánh dùng Transistor a)
..E .E
1 2 3 4Urc Uđk Urc Uđk 0 Ura t t 0 Hình.3.12. Điện áp ra so sánh dùng Transistor
b. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Để xác định góc mở của Tiristor, chúng ta cần so sánh hai tín hiệu Uđk và Urc, việc so sánh hai tín hiệu có thể thực hiện bằng Tranzito
Khi hai điện áp tựa răng cưa Urc và điện áp điều khiển Uđk đưa vào cực Bazơ của Tranzito cùng cực tính dương thì Diốt D cho dòng qua, Tranzito bị khoá lại.
Khi điện áp răng cưa đổi chiều và tăng giá trị lớn hơn thì Tranzito Tr còn Diốt D bị khoá lại lúc đó điện áp ra Ura = 0.
Như vậy Tranzito sẽ mở hoặc khoá lại theo tín hiệu so sánh. Khi điện áp răng cưa bằng điện áp điều khiển (Urc = Uđk), Tranzitor lật trạng thái từ khoá sang mở, (hoặc từ mở sang khoá), làm điện áp cũng lật trạng thái, thì ta nhận được một xung ra (xung điều khiển, khi Tranzito mở).
c. Ưu nhược điểm của khâu.
- Ưu điểm : Sơ đồ đơn giản, dễ ghép mạch.
- Nhược điểm: Hiệu đại số
rc dk U
U −
có một vùng điện áp nhỏ cỡ mV, làm cho Tranzito không làm việc ở chế độ đóng cắt như mong muốn, làm thời điểm mở Tiristor bị lệch khá xa so với điểm cần mở tại thời điểm Uđk = Urc.
2. Khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán.
R1- - + +E -E Uđk Urc 50
U t t 0 0 t 1 2 3 4 Uđk Urc Ura
Hình 3.14. Sơ đồ tín hiệu ra khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán
Urc Uđk Ura.
Hình.3.15. Sơ đồ tạo so sánh cùng dấu dấu dùng khuếch đại thuật toán
b. Hoạt động của sơ đồ:
Điện áp tựa răng cưa Urc được so sánh với điện áp điều khiển Uđk tại đầu vào của khuếch đại thuật toán. Tổng đại số của điện áp tựa răng cưa Urc và điện áp điều khiển Uđk quyết định dấu điện áp ra của khuếch đại thuật toán.
Khi rc dk U U < thì điện áp ra Ura < 0. (Uđk < 0, Urc > 0). Khi rc dk U U > thì điện áp ra Ura > 0. (Uđk > 0, Urc < 0).
Độ rộng xung bắt đầu từ lúc Uđk = Urc đi đến cuối bán kỳ của điện áp dương Anôd của Tiristor.
- So sánh hai tín hiệu cùng dấu.
Trong sơ đồ sơ này ta thấy khi điện áp điều khiển Uđk giảm thì góc mở α nhỏ tức là điện áp ra trên tải lớn. Quan hệ giữa điện áp điều khiển và điện áp tải là quan hệ ngược, không phù hợp với quy luật điều khiển thuận chiều. Do đó người ta thường dùng thêm một điện áp dương U để dịch điện áp răng cưa U phía trên trục hoành, ta có giản đồ điện áp ra như sau:
R1- - + +E -E Uđk Urc R3 Udc 0 0 t 1 2 3 4 Uđk Urc Ura t 52
Hình.3.16. Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu có điện áp Udc dùng khuếch đại thuật toán.
Khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại vô cùng lớn. Chỉ cần một thay đổi nhỏ của tín hiệu vào (cỡ µV) thì ở đầu ra sẽ có điện áp thay đổi lớn. Nên việc chọn khuếch đại thuật toán làm khâu so sánh là hợp lý nhất.
Kết luận: Sơ đồ so sánh dùng khuếch đại thuật toán có ưu điểm hơn là dùng Tranzito: có độ nhạy cao, cho điện áp ra nhảy cấp thẳng đứng, độ chính xác cao, ổn định nhiệt, tín hiệu ra không bị méo. Nên trong sơ đồ mạch điều khiển ta chọn bộ so sánh dùng khuếch đại thuật toán.