1. Mạchdao động
2.3.2. Điện trở động rd
Khi D dẫn thì tồn tại điện trở thuận rd (điện trở động), rd so sỏnh được với R (điện trở tải), lỳc đú tớn hiệu ra sẽ bị mộo khụng cũn sắc sảo nữa.
Cỏc dạng mộo cú thể gặp như sau Trường hợp a
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 162 Chứng minh
Xột trường hợp a, mạch tương đương của diode D khi D là Diode thực tế. Phõn cực thuận
Phõn cực nghịch
Với giả sử Rng → ∞ hay Rng>> R (điều này phự hợp với thực tế nhất là khi diode là loại Si)
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 163
Khi Vv< VDC + Vγ , diode phõn cực nghịch, D tắt
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 164 2.3.3. Ảnh hưởng của điện dung liờn cực Cd
Giữa hai cực của Diode tồn tại một điện dung liờn cực. Điện dung này cũng làm dạng súng ra bị mộo. Chỳng ta khảo sỏt sự ảnh hưởng của tụ Cd đến dạng súng ngừ ra.
Xột dạng mạch sau
Giải thớch hoạt động
Khi Vv = 5(v) thì D phõn cực thuận, D dẫn, do đú tụ Cd và C2 được nạp với thời hằng nạp là 1 = rd (Cd + C2).
Khi Vv = - 5(v) thì D ngưng dẫn tụ C2 xả qua R với thời hằng là 2 = RC2, mà 1<2 (vỡ R >> rd), thời gian xả hết lõu hơn so với thời gian nạp đầy.
2.4. Mạch xộn ở hai mức độc lập
Mạch này là dạng mạch ghộp hai mạch xộn song song với nhau. Để thực hiện mạch này, ta cú thể dựng hai ngưỡng xộn VB1, VB2 và kết hợp với hai Diode, hoặc cú thể dựng hai Diode Zener. Nhiệm vụ của mạch này là loại bỏ bớt cả hai thành phần trờn và dưới của tớn hiệu ngừ vào.
Khảo sỏt một số dạng mạch xộn ở hai mức độc lập cơ bản như sau:
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 165
Tớn hiệu vào là dạng sin cú vi = 9 sin t, và giả thuyết là V = 0, rd = 0 (Diode lý tưởng)
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 166 3. Mạch ổn ỏp
3.1. Khỏi niệm ổn ỏp
Tất cả cỏc thiết bị Điện - điện tử muốn hoạt động được thì phải cú nguồn điện cung cấp thật ổn định. Để đỏp ứng được yờu cầu đú thì phải cú mạch ổn định. Cỏc mỏy điện đa số hoạt động với nguồn điện xoay chiều, thường lấy trực tiếp ở lưới điện. Đối với cỏc thiết bị điện tử thì hấu hết làm việc với nguồn điện một chiều. Nguồn một chiều này thường nắn lọc từ nguồn điện xoay chiều theo dạng sơ đồ khối sau:
Cỏc phần từ MBA cho đến mạch lọc đó nghiờn cứu ở phần điện tử cơ bản, do đú ở đõy khụng nhắc lại. ở phần này chỉ xột đến mạch ổn định.
3.2. Thụng số kỹ thuật của mạch ổn ỏp
Một mạch ổn ỏp muốn hoạt động tốt thì cần phải cú đầy đủ cỏc thụng số kỷ thuật. Cỏc thụng số này cú ý nghĩa rất quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng nguồn ổn ỏp cung cấp cho tải và tuổi thọ của mạch ổn ỏp.
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 167
Một mạch ổn ỏp mụ hình như một mạng bốn cực hình 7.2 được đặc trưng bởi cỏc thụng số sau đõy:
- Hệ số ổn ỏp, đú là tỷ số giữa lượng biến thiờn điện ỏp tương đối ở đầu vào và đầu ra: const R U U U U K t r r v v d ô = = (7.1) - Hệ số ổn ỏp đường dõy: Kụ.dõy= % U U r r100
(khi UV biến thiờn 10%) (7.2) - Hệ số ổn ỏp tải: Kụ.dõy= % U U r r100 (khi It = It max) (7.3)
- Điện trở động đầu ra đặc trưng cho sự biến thiờn của điện ỏp ra khi dũng ra (dũng tải) thay đổi (lấy theo trị tuyệt đối):
RRA=URA/It (khiUV = const.) (7.4) - Hiệu suất , là tỷ số giữa cụng suất ra tải và cụng suất danh định ở đầu vào: = V V t . RA I . U I U (7.5) 3.3. Phõn loại mạch ổn ỏp
Mạch ổn ỏp cú nhiệm vụ duy trì điện ỏp ra cung cấp cho tải ổn định nhất khi điện ỏp nguồn vào cú sự thay đổi hay phụ tải thay đổi. Dựa theo dũng điện cung cấp cho phụ tải thì cú 2 loại mạch ổn ỏp đú là ổn ỏp một chiều và ổn ỏp xoay chiều:
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 168
Nguồn ổn ỏp DC được phõn thành 2 loại: ổn ỏp tuyến tớnh và ổn ỏp xung. ổn ỏp tuyến tớnh(được phõn thành 2 loại đú là ổn ỏp song song và ổn ỏp nối tiếp) cú hiệu suất thấp, tầm biến thiờn điện ỏp vào hẹp, độ ổn định điện ỏp ngừ ra khụng cao, nhưng mạch thiết kế đơn giản. Ổn ỏp xung cú hiệu suất cao hơn, tầm biến thiờn điện õp rộng hơn, độ ổn định điện ỏp ra tốt hơn, tuy nhiờn việc thiết kế ổn ỏp xung phức tạp hơn so với ổn ỏp tuyến tớnh.
- Ổn ỏp một chiều tham số - Ổn ỏp một chiều bự tuyến tớnh - IC ổn ỏp tuyến tớnh
b) Ổn ỏp xoay chiều (nguồn ổn ỏp AC)
Cỏc thiết bị ổn định điện ỏp xoay chiều gọi tắt là ổn ỏp xoay chiều được thiết kế cú cụng suất từ vài trăm w đến hàng chục kw. Nú được sử dụng để cấp điện ỏp xoay chiều ổn định (thường là 220V) cho cỏc thiết bị dõn dụng hay cụng nghiệp
+ Nguyờn lý ổn ỏp xoay chiều đơn giản - Ổn ỏp theo nguyờn lý bảo hũa từ
- Ổn ỏp theo nguyờn lý cộng hưởng dũng điện - Ổn ỏp theo nguyờn lý cộng hưởng điện ỏp
+ Nguyờn lý ổn ỏp xoay chiều cú động cơ tự hiệu chỉnh
3.4. Mạch ổn ỏp tham số
a. Mạch ổn ỏp tham số dựng Điốt Zener * Sơ đồ nguyờn lý mạch điện
Diode ổn ỏp zener làm việc nhờ hiệu ứng đỏnh thủng zener và hiệu ứng đỏnh thủng thỏc lũ của chuyển tiếp P-N khi phõn cực ngược. khỏc với diode thụng dụng, cỏc diode ổn định cụng tỏc ở chế độ phõn cực. Những tham số kỹ thuật của diode zener là:
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 169
- Điện ỏp ổn định UZ (điện ỏp zener): Là điện ỏp ngược đặt lờn diode làm việc phỏt sinh ra hiện tượng đỏnh thủng.
- Điện trở động rdz: Được định nghĩa là độ dốc đặc tuyến tĩnh của diode tại điểm làm việc.
rdz = dU2/dIz
- Điện trở tĩnh Rt được tớnh bằng tỉ số giữa điện ỏp đặt vào và dũng điện đi qua diode. Rt = Uz/Iz
*Tỏc dụng linh kiện:
- DZ: Diod Zener làm nhiệm vụ ổn ỏp.
- Ri: điện trở dựng để điều chỉnh sự thay đổi của điện ỏp đầu vào - Rt: điện trở tải
*Nguyờn lý làm việc:
Ta cú Ii = IZ + It ( định luật Kirchhop I) VV = VRi + VZ ( định luật Kirchhop II)
Nếu VV thay đổi thì dũng I Z cũng thay đổi nhưng nếu thiết kế sao cho IZmin ≤ IZ ≤ IZmax thỡ VZ = const
Khi tải tiờu thụ dũng thấp I L = ILmin, dũng Ii chủ yếu chảy qua DZ . Ngược lại, khi tải tiờu thụ dũng cực đại I L= ILmax, dũng qua DZ sẽ tối thiểu.
Như vậy khi chọn Ri phải đảm bảo hai điều kiện sau:
Khi dũng tải cực đại IL = ILmax, dũng qua DZ là IZ> Imin để DZ vẫn ổn định điờn ỏp VZ.
Khi dũng tải cực tiểu IL=ILmin, dũng qua DZ là IZ< Imax để DZ khụng bị phỏ hỏng vì vượt quỏ cụng suất tiờu tỏn cho phộp.
Khi hở tải, IL = 0, IL = Ii, nghĩa là lỳc đú DZ tiờu thụ dũng cực đại. Do đú linh kiện ổn ỏp DZ phải gỏnh hầu như toàn bộ dũng vào trong trường hợp này.
Túm lại với loại ổn ỏp song song dựng diode zener, dũng tải giới hạn từ vài mA đến vài trăm mA, điện ỏp ra cú độ ổn định 5%. Để tăng cường dũng tải, ta cú thể thay diode zener bằng transistor BJT.
b. Mạch ổn ỏp tham số dựng transistor
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 170
Mạch ổn ỏp nối tiếp đơn giản và rẻ tiền, lại cho nguồn khỏ ổn định. Nhược điểm của nú là cú sụt ỏp lớn ở phần tử điều khiển, gõy tổn hao cụng suất nhiều, làm cho hiệu suất ra thấp khi nú ứng dụng ở dũng điện lớn.
* Sơ đồ nguyờn lý mạch ổn ỏp mắc song song
Ổn ỏp song song là ổn ỏp cú phần tử điều khiển mắc song song với tải và điều khiển dũng điện trong phần tử điều khiển để bổ chớnh cỏc biến động điện ỏp vào và cỏc điều kiện tải thay đổi.
Hỡnh 7.5: Sơ đồ nguyờn lý mạch ổn ỏp mắc song song
Ổn ỏp song song dựng trong trường hợp tải thay đổi nhiều và điện ỏp thay đổi ớt. Khi IL tăng dũng Ishunt giảm để điều chỉnh sụt ỏp qua RS do đú VO luụn khụng đổi.
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 171
Rshunt: điện trở tương đương của phần tử điều khiển. Mạch ổn ỏp song song ớt thụng dụng nhưng ở một số ứng dụng nú lại cú ưu điểm là ớt nhạy với biến đổi nhất thời của điện ỏp vào.
3.5. Mạch ổn ỏp cú hồi tiếp
a. Cỏc thành phần cơ bản của mạch ổn ỏp
+ Mạch lấy mẫu + Mạch tạo ỏp chuẩn + Mạch so sỏnh
+ Mạch khuếch đại sửa sai
b. Một số đặc điểm của mạch ổn ỏp cú hồi tiếp :
- Cung cấp điện ỏp một chiều ở đầu ra khụng đổi trong hai trường hợp điện ỏp đầu vàothay đổi hoặc dũng tiờu thụ của tải thay đổi , tuy nhiờn sự thay đổi này phải cú giới hạn.
- Cho điện ỏp một chiều đầu ra cú chất lượng cao, giảm thiểu được hiện tượng gợn xoaychiều.
c. Nguyờn tắc hoạt động của mạch.
- Mạch lấy mẫu sẽ theo dừi điện ỏp đầu ra thụng qua một cầu phõn ỏp tạo ra(Ulm : ỏp lấy mẫu)
- Mạch tạo ỏp chuẩn => ghim lấy một mức điện ỏp cố định (Uc : ỏp chuẩn )
- Mạch so sỏnh sẽ so sỏnh hai điện ỏp lấy mẫu Ulm và ỏp chuẩn Uc để tạo thành điện ỏp điều khiển.
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 172
Hỡnh 7.8: Sơ đồ khối của mạch ổn ỏp cú hồi tiếp
- Mạch khuếch đại sửa sai sẽ khuếch đại ỏp điều khiển, sau đú đưa về điều chỉnh sự hoạt động của đốn cụng xuất theo hướng ngược lại, nếu điện ỏp ra tăng => thụng qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đốn cụng xuất dẫn giảm =>điện ỏp ra giảm xuống . Ngược lại nếu điện ỏp ra giảm => thụng qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đốn cụng xuất lại dẫn
tăng => và điện ỏp ra tăng lờn =>> kết quả điện ỏp đầu ra khụng thay đổi.
3.6. Bài tập ứng dụng: Lắp Mạch ổn ỏp cú điều chỉnh
* Mục tiờu:
- Củng cố kiến thức về mạch ổn ỏp cú điều chỉnh.
- Thiết kế được sơ đồ lắp rỏp mạch ổn ỏp cú điều chỉnh đạt yờu cầu. - Lựa chọn được linh kiện đủ phẩm chất để lắp mạch ổn ỏp cú điều chỉnh.
- Lắp rỏp được mạch ổn ỏp cú điều chỉnh đạt yờu cầu kỹ thuật, thẩm mỹ trong thời gian 9 tiết
- Thể hiện thỏi độ linh hoạt, sỏng tạo trong quỏ trình học tập. Đảm bảo an toan cho người và thiết bị trong quỏ trình luyện tập.
* Qui trỡnh cụng nghệ:
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 173
* Chức năng linh kiện:
- MBA: Mỏy biến ỏp làm nhiệm vụ biến đổi điện ỏp xoay chiều đầu vào thành điện ỏp xoay chiều đầu ra cú trị số theo yờu cầu cung cấp cho mạch chỉnh lưu làm việc.
- D1, D2, D3, D4: Chỉnh lưu - C: Lọc nguồn
- Q1: Khuếch đại cụng suất - R3, VR, R4: Mạch lấy mẫu
- Dz kết hợp với R2: Mach tạo điện ỏp chuẩn - Q3: Mạch so sỏnh
- Q2: Mạch khuếch đại sửa sai - Rt: Phụ tải một chiều
* Nguyờn lý làm việc:
Điện ỏp xoay chiều UAB sau khi đi qua mạch chỉnh lưu cầu và tụ lọc nguồn C ta thu được điện ỏp một chiều bằng phẳng cấp cho phụ tại làm việc.
Khi điện ỏp đầu vào của mạch chỉnh lưu cú sự thay đổi (cú thể tăng lờn hoặc giảm đi) thì khi đú mạch ổn ỏp sẽ thực hiện chức năng ổn ỏp của mình.
Gỉa sử xảy ra hiện tượng tăng ỏp đầu vào: Lỳc này mạch lấy mẫu sẽ đưa điện ỏp này về so sỏnh với điện ỏp chuẩn khụng đổi do diode Zener và R2 tạo ra tại mạch so sỏnh Q3. Do tăng ỏp nờn Q3 dẫn mạnh hơn bình thường.
Kết quả là dũng IC3 tăng lờn tức là dũng IB2 giảm xuống —> Q2 dẫn yếu đi —> Q1 dẫn yếu theo làm cho dũng ra tải giảm, dẫn đến điện ỏp rơi trờn tải sẽ bị giảm xuống đỳng bằng lượng điện ỏp tăng lờn ban đầu. Vì vậy đi ện ỏp tăng lờn khụng làm ảnh hưởng đến tải.
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 174 B2: Thiết kế sơ đồ lắp rỏp
B3: Kiểm tra chất lượng linh kiện
B4: Gỏ linh kiện vào Panel
B5: Hàn và di dõy
B6: Kiểm tra và cấp nguồn cho mạch làm việc
B7: Đo cỏc thụng số dũng điện và điện ỏp trờn tải
* Cỏc dạng sai hỏng, nguyờn nhõn và cỏch khắc phục
TT HIỆN TƯỢNG SAI HỎNG NGUYấN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC
1 Khụng cú tớn hiệu ra trờn tải Hở mạch
Kiểm tra thụng mạch tìm sai hỏng sau đú hàn lại mạch
2 Tớn hiệu ra trờn tải khụng phải là tớn hiệu một chiều
Diode chỉnh lưu khụng làm việc
Kiểm tra thụng mạch tìm diode hỏng hoặc chưa làm việc sau đú hàn lại hoặc thay thế
3 Tớn hiệu ra trờn tải khụng ổn
ỏp Diode Zener cú vấn đề
- Kiểm tra Diode Zener và thay thế (nếu cần)
- Kiểm tra cỏc Transistor vad biến trở và thay thế (nếu cần)
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 175 TÀI LÀM THAM KHẢO
[1] Nguyễn Thỳy Võn Kỹ thuật số, Nxb KHKT 2008
[2] Nguyễn Hữu Phương, Mạch số, NXB khoa học kỹ thuật 2004.
[3] Giỏo trỡnh kỹ thuật số - ĐH SPKT TP. HCM
[4] Nguyễn Thỳy Võn, Giỏo trỡnh Kỹ thuật số, NXB Khoa học kỹ thuật 2004. [5] Nguyễn Bớnh, Điện tử cụng suất, NXB Khoa học kỹ thuật 2005.