D. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYấN Lí CHO TỪNG KHỐI CHỨC NĂNG
5. Mạch khuếch đại xung và truyền xung:
Sinh Viờn : Lờ Văn Bỡnh Trường ĐH Kỹ Thuật Cụng nghiệp
Tớn hiệu đầu ra của mạch sửa xung thường cú cụng suất nhỏ. Do vậy để đảm bảo đủ biờn độ cho cỏc xung điều khiển mở Tiristor một cỏch chắc chắn ta cần phải khuếch đại xung.
Để truyền xung từ đầu ra của hệ thống điều khiển đến cực K - G của Tiristor thụng thường người ta sử dụng hai cỏch sau :
* Truyền xung trực tiếp : Đõy là biện phỏp truyền xung đơn giản nhất, dựng dõy dẫn điện nối từ đầu ra mạch phỏt xung (thường là trờn điện trở cực gúp của Tranzitor khuếch đại cụng suất xung) đến cỏc điện cực G - K của Tiristor. Biện phỏp này rất ít được sử dụng vỡ nú cú những nhược điểm sau :
- Cú sự liờn hệ trực tiếp về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển. (khụng cỏch ly được điện ỏp lớn dễ phỏ hỏng cỏc linh kiện bỏn dẫn).
- Khú thực hiện truyền xung đồng thời đến một số Tiristor mắc nối tiếp hoặc song song.
- Khú phối hợp tốt giữa nguồn một chiều cung cấp cho mạch khuếch đại xung với biờn độ xung cần thiết Tiristor.
* Truyền xung qua mỏy biến ỏp xung : Đõy là biện phỏp truyền xung được sử dụng nhiều nhất hiện nay vỡ nú khắc phục tốt cỏc nhược điểm của truyền xung trực tiếp. Nội dung của cỏc truyền xung này là sử dụng một mỏy biến ỏp xung ghộp giữa đầu ra tầng khuếch đại cụng suất xung với điện cực G - K của Tiristor. Biện phỏp này cú cỏc ưu điểm sau :
- Đảm bảo sự cỏch ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển. - Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời cỏc xung đến cỏc Tiristor mắc nối tiếp hoặc song song bằng cỏch dựng mỏy biến ỏp xung cú nhiều cuộn thứ cấp.
Dễ dàng phối hợp giữa điện ỏp nguồn cung cấp cho tầng khuếch đại cụng suất xung và biờn độ xung cần thiết trờn cực điều khiển của Tiristor nhờ việc chọn tỷ số mỏy biến ỏp xung phự hợp.
Mỏy biến ỏp xung cú kết cấu về cơ bản giống như một mỏy biến ỏp cú cụng suất nhỏ, chỉ khỏc nhau trong phần tớnh toỏn mạch từ và số vũng dõy. Khi hoạt động thỡ tương tự như mỏy biến ỏp làm việc với dũng khụng sin hoặc cú thể xột như là cỏc cuộn dõy cú liờn hệ hỗ cảm với nhau, nhưng phải chỳ ý rằng hệ số hỗ cảm là phi tuyến và sẽ bằng khụng khi từ trường lừi thộp mỏy biến ỏp xung đạt giỏ trị bóo hoà. Để phõn biệt với cỏc mỏy biến ỏp làm nhiệm vụ khỏc, trong sơ đồ ta ký hiệu mỏy biến ỏp xung là BAX.
Để khuếch đại cụng suất xung hiện nay phổ biến nhất là cỏc sơ đồ khuếch đại xung bằng Tiristor và Tranzitor.
- Cỏc sơ đồ khuếch đại xung dựng Tiristor được sử dụng khi cú yờu cầu cụng suất xung điều khiển và độ dài xung lớn : Vớ dụ như trong một số bộ chỉnh lưu dũng cực lớn cung cấp cho hệ thống mạ điện hoặc điện phõn. Trong kiểu sơ đồ này người ta sử dụng cỏc Tiristor cụng suất nhỏ được điều khiển bởi xung ra của khõu so sỏnh hoặc đó qua một tầng khuếch đại bằng Tranzitor, mạch anụt – katụt của van nối với cuộn sơ cấp BAX. ở đõy ta khụng sử dụng loại này.
- Cỏc sơ đồ khuếch đại xung dựng Tranzitor được sử dụng phổ biến hơn. Trong cỏc sơ đồ khuếch đại này người ta thường sử dụng sơ đồ cực phỏt chung và cú từ một đến hai tầng khuếch đại. Trong nhiều trường hợp, để đơn giản cho kết cấu mạch mà vẫn đảm bảo chất lượng người ta thường sử dụng Tranzitor ghộp kiểu darlington và mắc thành một tầng khuếch đại.
* Sơ đồ nguyờn lý : G K UđkT (T1) D4 D3 W2 W1 BAX +Ucc Tr7 Tr8 Uv D2
Hai Tranzitor Tr7 và Tr8 ghộp nối tiếp nh vậy tương đương với một Tranzitor cú hệ số khuếch đại dũng điện theo sơ đồ phỏt chung (β) bằng tớch hệ số khuếch đại dũng của hai Tranzitor thành phần :
β = β7. β8
Với β7, β8 là hệ số khuếch đại dũng điện theo sơ đồ cực phỏt chung của Tr7 và Tr8. Cỏc điện ỏp Uv và UđkT là điện ỏp vào tầng khuếch đại và điện ỏp điều khiển Tiristor.
* Nguyờn lý hoạt động của sơ đồ :
Gọi thời gian tồn tại của một xung điện ỏp vào là txv, thời gian tồn tại của một xung điện ỏp ra là txr, thời gian từ lỳc đúng nguồn điện ỏp một chiều khụng đổi cú
Sinh Viờn : Lờ Văn Bỡnh Trường ĐH Kỹ Thuật Cụng nghiệp
giỏ trị bằng +Ucc cho đến khi từ thụng lừi thộp BAX đạt giỏ trị từ thụng bóo hoà là tbh. Ta cú giản đồ sau :(giả thiết khụng cú thời gian đúng nguồn và tbh ≥ txv).
ωt ωt 0 Uv UđkT t1 txv txr tbh t3 t2 t4 t4 t3 t2 t1 0
Từ t = 0 đến t = t1 : Chưa cú xung vào nờn hai Tranzitor chưa làm việc, khụng cú dũng điện nào chạy trong cuộn sơ cấp BAX nờn khụng cú xung điện ỏp trờn cuộn thứ cấp, tức là UđkT = 0.
Tại t = t1 xuất hiện một xung điện ỏp vào dương nờn Tr7 và Tr8 mở, giả thiết là mở bóo hoà, trờn cuộn sơ cấp BAX đột ngột được đặt điện ỏp bằng +Ucc dẫn đến xuất hiện dũng điện qua cuộn sơ cấp W1 của BAX tăng dần, đi từ đầu cú (*) sang phớa đầu khụng cú (*) nờn ở cuộn thứ cấp xuất hiện một xung điện ỏp cú cực tớnh dương ở phớa cú dấu (*). Xung trờn cuộn thứ cấp đặt thuận lờn D4 nờn D4 mở và xung được truyền đến cực điều khiển G – K của thyiristor.
Đến t = t2 = t1 + txv thỡ mất xung vào dẫn đến hai Tranzitor Tr3 và Tr4 khoỏ lại, dũng qua cuộn sơ cấp của BAX sẽ giảm về bằng khụng, do sự giảm của dũng sơ cấp BAX nờn từ thụng trong lừi thộp BAX biến thiờn theo hướng ngược lại dẫn đến trong cỏc cuộn dõy BAX xuất hiện điện ỏp với cực tớnh ngược lại. Xung trờn cuộn thứ cấp khoỏ D4 nờn khụng cú xung trờn cực điều khiển của tiristor do đú UđkT
= 0.
Lỳc đú cuộn thứ cấp BAX coi như hở mạch, xung điện ỏp lỳc này trờn cuộn sơ cấp cộng tỏc dụng với điện ỏp Ucc đặt toàn bộ nờn cỏc Tranzitor, nờn dễ làm hỏng cỏc Tranzitor và chọc thủng cỏch điện cỏc vũng dõy của BAX. Để đảm bảo an toàn cho cỏc Tranzitor và BAX ta mắc thờm điốt D3 song song với cuộn sơ cấp .
Tỏc dụng của D3 như sau : Khi mất xung vào cỏc Tranzitor khoỏ lại và gõy lờn sự giảm dũng điện của cuộn W1, làm xuất hiện cỏc xung điện ỏp trờn cỏc cuộn dõy cú cực tớnh ngược với khi mở cỏc Tranzitor thỡ xung trờn cuộn sơ cấp đặt thuận lờn D3 mở. Do vậy mà dũng qua cuộn sơ cấp BAX khụng giảm đột ngột mà vẫn được
duy trỡ qua D3 nờn xung điện ỏp xuất hiện trờn cỏc cuộn dõy cũng cú giỏ trị nhỏ. Trong trường hợp này thỡ điện ỏp tổng trờn W1 bằng sụt ỏp trờn một điụt mở và sức điện động cảm ứng trờn W1 bằng sụt ỏp trờn D3 cộng với sụt ỏp trờn điện trở cuộn sơ cấp cũng cú giỏ trị rất nhỏ. Vỡ vậy mà xung trờn cuộn thứ cấp cũng cú giỏ trị khụng đỏng kể. Điện ỏp trờn cỏc Tranzitor tại thời điểm khoỏ bằng Ucc cộng với điện ỏp trờn cuộn sơ cấp nờn rất an toàn cho cỏc Tranzitor.
Để đảm bảo chắc chắn an toàn cho 2 Tranzitor Tr7 và Tr8 khi bị đặt điện ỏp ngược ta mắc thờm điốt D2 như hỡnh vẽ khộp mạch với 2 Tranzitor Tr7 và Tr8 làm cho điện ỏp ngược đặt vào chỳng dự lớn đến đõu cũng chỉ bằng sụt ỏp trờn điốt D2
đủ nhỏ để an toàn cho chỳng. (bỡnh thường khi 2 Tranzitor Tr7 và Tr8 mở thỡ D2 bị đặt điện ỏp ngược nờn khúa lại).