d. Một vài ứng dụng của TRIAC
4.2.1. Mạch nguồn ổn áp dùng Diode Zener
Mạch ổn áp dùng diode zener là loại mạch đơn giản nhất, thành phần chủ yếu của mạch bao gồm một diode ổn áp (diode zener) và một điện trở. Sơ đồ mạch điện được minh họa như hình 4.4
Hình 4.4: Mạch chỉnh lưu dùng Diode Zener
Người ta lợi dụng đặc tính ghim của diode zener khi phân cực nghịch để thiết kế mạch ổn áp này, áp ổn định ở ngõ ra Vo chính là áp ghim của diode zener.
Bạn lưu ý tính toán dòng qua điện trở R thích hợp để vừa tránh hiện tượng diode zener D bị đánh thủng vừa đảm bảo dòng ổn áp đủ cung cấp cho tải.
Thí dụ: khi bạn cho diode zener có dòng đánh thủng bằng 0.3A, áp ghim là 9V, dòng Imax = IDZ + IR, nên chọn dòng qua diode = 0.1A, dòng qua tải nhỏ hơn dòng qua DZ, việc ổn áp mới hiệu quả, chẳng hạn IR = 50mA.
VIN chọn = 12V, nếu VIN quá lớn, phải cần một điện trở R có công suất lớn, rất tốn kém và tổn hao nhiệt sẽ cao hơn so với trường hợp chọn VIN thấp.
Ta có: . 60 05 . 0 1 . 0 9 v I I Vz R R DZ chọn 68Ω Công suất điện trở: PR = RI2 = 68Ω x (0.15)2 ≈ 1.5W. Chọn
Mạch trên thường được dùng trong trường hợp tải có dòng điện tiêu thụ nhỏ, yêu cầu ổn định điện áp không cao, thí dụ trong mạch tạo điện áp +33V cấp cho bộ tuner (hộp kênh) tạo áp dò đài trong tivi.
Thí dụ: mạch tạo áp BT cấp cho tuner tivi màu Samsung CS 5062 hình 4.5 R
R tai DZ
Vin Imax
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 138 Hình 4.5: mạch tạo áp BT cấp cho tuner tivi màu Samsung CS 5062
Ta dễ dàng thấy được: dòng qua điện trở RR133:
mA A V V I 6,2 10 62 10 . 10 33 95 4 3 4.2.2. IC ổn áp họ 78xx
IC ổn áp dòng họ 78xx là IC ổn áp nguồn dương, hai số sau “xx” biểu thị điện áp ổn định của IC, thí dụ: 7805: ổn áp ra +5V. 7808: ổn áp ra +8V. 7809: ổn áp ra +9V. 7812: ổn áp ra +12V. 7815: ổn áp ra +15V. 7824: ổn áp ra +24V. …
Lưu ý là tùy theo hãng sản xuất khác nhau mà chữ số đầu của mã hiệu IC có thể khác nhau, thí dụ:
- AN7805: IC ổn áp ra +5V do hãng National-Panasonic chế tạo. - PC7805: IC ổn áp ra +5V do hãng NEC chế tạo.
- LA7805: IC ổn áp ra +5V do hãng Sanyo chế tạo. - HA17805: IC ổn áp ra +5V do hãng Hitachi chế tạo. - KA7805: IC ổn áp ra +5V do hãng Samsung chế tạo. - MC7805: IC ổn áp ra +5V do hãng Motorola chế tạo. - TA7805: IC ổn áp ra +5V do hãng Toshiba chế tạo. ….
Ngoài ra, trên IC ổn áp còn có một số ký hiệu để chỉ dòng điện ra ổn áp. Thí dụ: 78Lxx: dòng điện ra danh định là 100mA (L:Low: thấp).
78xx: dòng điện ra danh định là 1A.
78Hxx: dòng điện ra danh định là 5A (H: High: cao). Thông dụng nhất là các IC có dòng ra là 1A. RR133 10K/2W RD112 33V KA tuner +95V 33
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 139 Hình 4.6: dạng IC ổn áp họ 78xx.
Thí dụ ứng dụng: mạch ổn áp ra +5V:
Hình 4.7: Mạch ổn áp +5V dùng IC7805.
Điện áp vào biến thiên từ +9V +11V được cấp cho IC7805, ngõ ra luôn luôn ổn định ở mức +5V.
4.2.3. IC ổn dòng họ 79xx
IC dòng họ 79xx có ký hiệu quy ước hoàn toàn giống với IC 78xx. Thí dụ 7905, 7909, 7912… Tuy nhiên cách bố trí chân IC dòng họ 79xx hoàn toàn khác.
Hình 4.8: Sơ đồ bố trí chân và hình dạng IC79xx
4.2.4.Một số mạch ổn áp ứng dụng IC ổn áp
Thực tế ta có thể dùng các IC 78xx, 79xx để thực hiện mạch ổn áp có điện áp ra thay đổi theo ý muốn hoặc có thể kết hợp với một số Transistor công suất bên ngoài để nâng dòng cấp cho tải, có thể vài Ampere cho tới vài chục Ampere, dưới đây là một số thí dụ áp dụng:
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 140 a. Mạch nâng điện áp ra dùng IC 78xx, 79xx. Hình 4.8: Mạch nâng điện áp ra dùng IC 78xx. Với ; 02 , 0 1 IC V R out 025 , 0 2 IC V V R out out
Trong đó Vout là áp ra cố định của IC 78xx. Thí dụ: Vout VoutIC R1 R2 6V 5V 220Ω 39Ω 9V 5V 220Ω 150Ω 13.8V 12V 960Ω 68Ω 18V 15V 680Ω 120Ω
Để có được áp ra có thể điều chỉnh được, ta thay R2 bằng một biến trở.
b. Nguồn áp âm ra có thể điều chỉnh được
Hình 4.9: Mạch ổn áp nguồn âm ra có thể điều chỉnh được dùng IC79xx. Chẳng hạn: khi đầu vào -20V:
VR (Ω) Vout 33 -5V74 100 -6V99 330 -11V03 680 -18V20 c. Mạch nâng dòng ra của ổn áp
Bằng cách dùng thêm một Transistor công suất bên ngoài, bạn có thể nâng dòng ra lên vài ampere hoặc vài chục ampere (gắn song song các Transistor với nhau),
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 141 + - V1 -Vcc +Vcc V0 V2 2 NGO VAO Zi Z0 NGO RA
dưới đây là mạch nâng dòng lên khoảng 5A dùng Transistor thuận (MJ2955 hoặc 2SB688), lưu ý là nên giải nhiệt thật kỹ để tránh làm hỏng Transistor công suất do nhiệt độ tăng.
Hình 4.10: Mạch nâng dòng nguồn dương dùng IC 78xx
4.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN(OPAMP–OPERATIONAL AMPLIFIER) (OPAMP–OPERATIONAL AMPLIFIER)
Trong những lĩnh vực điện tử nhiều linh kiện có tính năng khuếch đại như: TRANSISTOR, FET…
Thì trong công nghệ vi mạch điện tử còn có một linh kiện cũng có tính năng như vậy đó là OP-AMP (OPERATIONAL AMPLIFIER)
Có hai loại IC chính:
-IC thuật toán còn gọi là OP – AMP -IC số hoạt động với những tín hiệu số
4.3.1. Hình dạng, cấu tạo và ký hiệu
Hình 4.11: Hình dáng, cấu tạo và ký hiệu của OP - AMP Op-Amp là mạch khuếch đại vi sai tổng hợp
Sơ đồ mạch điện cơ bản
Ngõ vào không đảo kí hiệu dấu + Ngõ vào đảo kí hiệu dấu –
Có một ngõ ra
Thông thường được phân cực bằng nguồn đôi (Hay gọi là nguồn đối xứng)
4.3.2. Các tính chất cơ bản của Op-Amp lý tƣởng
Độ lợi vòng hở rất lớn ( )
Tổng trở nhìn từ hai ngõ vào Zi rất lớn (Xem như )
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 142 + - 0 Rf Ri Vi 0V V0 +Vcc -Vcc Tổng trở ra rất nhỏ ( Xem như 0V)
Khi chưa đưa tín hiệu vào Op-Amp được phân cực bằng nguồn đôi Thì điện thế phân cực tại hai ngõ vào và ngõ ra đều bằng 0V
Do
Nếu V0 xác định và chưa bão hòa Thì V1 = V2 Do Zi
Nên không có dòng điện chạy vào Op-Amp Do Z0 0V Nên V0 không bị ảnh hưởng
4.3.3. Mạch khuếch đại căn bản dùng Op-Amp
a. Mạch khuếch đại đảo
Áp dụng định luật Kirchhoff (KCL) ta có: Độ lợi điện thế: Hay:
Nếu: Rf = Ri thì V0 = - Vi Được gọi là mạch đảo
Hình 4.12: Sơ đồ mạch điện khuếch đại đảo + - 0 Rf Ri Vi V0 +Vcc -Vcc Vi
Hình 4.13: Sơ đồ mạch điện khuếch đại không đảo
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 143
b. Mạch khuếch đại không đảo
Ta có: ( ) Hay: ( ) Nếu: ; 0
4.3.4. Mạch Op-Amp dùng nguồn đơn
a. Mạch khuếch đại đảo
Để không làm thay đổi điện thế phân cực
Tín hiệu vào phải có tụ liên lạc và ngõ vào + được nối tụ phân dòng xuống mass
b. Mạch khuếch đại không đảo
Tương tự như mạch đảo tín hiệu cũng được đưa vào Op – Amp bằng tụ liên lạc
Và giữa ngõ vào xuống mass phải cách ly bằng tụ100uF Op – Amp cũng chỉ hoạt động với Vi là tín hiệu xoay chiều
+ - R=68K V0 +Vcc -Vcc R=68K Vi 100uF + C1 + Rf Rf 1uF
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 144 + - R=68K V0 +Vcc -Vcc R=68K Vi 100uF + + Rf 1uF
c. Mạch khuếch đại vi sai
Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số hoặc sai số giữa hai điện áp mà mỗi điện áp được nhân với một vài hằng số nào đó. Các hằng số này được xác định nhờ các điện trở .
Ta có:
[( )
( ) ] ( )
Tổng trở vi sai Zin giữa hai chân đầu vào là R1 + R2 Hệ số khuếch đại vi sai:
Nếu: R1 = R2 và Rf = Rg
Thì: ( ) và
d. Mạch tích phân
Mạch này là mạch dùng để lấy tích phân (có đảo dấu) một tín hiệu theo thời gian.
Hình 4.15: Sơ đồ mạch điện khuếch đại không đảo dùng nguồn đơn
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 145
∫
Trong đó: Vin; Vout là các hàm số theo thời gian; Vinitial là điện áp ngõ ra của mạch tích phân tại thời điểm (t = 0).
Lưu ý rằng cấu trúc của mạch này cũng được xem là mạch lọc thông thấp, một dạng của mạch lọc tích cực.
e. Mạch vi phân
Mạch này là mạch dùng để lấy vi phân (có đảo dấu) một tín hiệu theo thời gian.
( )
Trong đó: Vin; Vout là các hàm số theo thời gian
f. Mạch so sánh
Mạch này dùng để so sánh hai tín hiệu điện áp, vafsex chuyển mạch ngõ ra để hiển thị mạch nào có điện áp cao hơn.
{ }
Trong đó VS là điện áp nguồn và mạch sẽ được cấp nguồn từ +VS và -VS Hình 4.17: Sơ đồ mạch tích phân
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 146
4.3.5. Các ứng dụng của mạch Op-Amp
Phạm vi ứng dụng của Op-Amp rất phong phú, ở đây chỉ nêu một số ứng dụng thực tế mang tính minh họa nguyên lý làm việc của Op-Amp.
a. Mạch so sánh dùng để điều khiển nhiệt độ
Sơ đồ mạch như sau:
Đây là mạch ứng dụng trong việc cảnh báo quá nhiệt hay thiếu nhiệt của môi trường cần theo giỏi. Mạch làm việc theo nguyên lý so sánh cửa sổ, một nguyên lý rất thông dụng trong môi trường công nghiệp, được minh họa qua giản đồ nhiệt sau:
Khi muốn khống chế nhiệt độ lò ở 400C người ta tiến hành như sau:
Từ nhiệt độ môi trường đang là 270C, bắt đầu cấp nhiệt cho lò (điểm A). Nhiệt độ lò tăng dần qua 360C (điểm B), rồi qua 400C mạch vẫn tiếp tục cấp nhiệt, cho đến khi nhiệt độ của lò đến 440C (điểm C) lò mới cắt điện trở gia nhiệt. Nhiệt độ lò bắt đầu giảm dần từ 440C (điểm D). Giảm qua 400C vẫn tiếp tục giảm. Cho đến 360C (điểm E) thì lại tiếp tục cấp nhiệt cho lò (điểm B) nhiệt độ lò tăng dần lên.
Hình 4.19: Sơ đồ mạch so sánh nhiệt độ
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 147 Rõ ràng để giữ nhiệt độ lò ở 400C, người ta cấp nhiệt cho lò theo chu trình B, C, D, E rồi trở lại B. Hình dạng như là một cửa sổ nên có tên gọi là mạch so sánh cửa sổ (window comparator). Nguyên lý so sánh này được ứng dụng rất rộng rãi trongcoong nghiệp, dân dụng, quân sự, y tế…
Tóm tắt nguyên lý làm việc như sau:
Điện trở nhiệt PTR phối hợp với R1 và R2 tạo ra Vs là một hàm biến thiên theo nhiệt độ môi trường đặt PTR. Cụ thể có thể tính Vs:
Rõ ràng Vs = f(To) là một hàm của nhiệt độ. Do đó, đo Vs chính là đo nhiệt độ. Cụ thể các giá trị điện trở trong mạch được cân chỉnh để 2 OP-AMPS làm việc như sau :
* Khi thiếu nhiệt:
Lúc này VS < VA < VB, đầu vào v+ của op-amps II nhỏ hơn đầu vào v- nên ngõ ra op-amps II xuống thấp, LED 2 sáng. Trong khi đó đầu vào v+ của op-amps I lớn hơn đầu vào v- nên ngõ ra op-amps I lên cao, LED 1 tắt.
* Khi đủ nhiệt:
Lúc này VA < VS < VB, đầu vào v+ của op-amps II lớn hơn đầu vào v- nên ngõ ra op-amps II lên cao, LED 2 tắt. Trong khi đó đầu vào v+ của op-amps I lớn hơn đầu vào v- nên ngõ ra op-amps I lên cao, LED 1 tắt.
* Khi quá nhiệt:
Lúc này VA < VB < VS, đầu vào v+ của op-amps II lớn hơn đầu vào v- nên ngõ ra op-amps II lên cao, LED 2 tắt. Trong khi đó đầu vào v+ của op-amps I nhỏ hơn đầu vào v- nên ngõ ra op-amps I xuống thấp, LED 1 sáng.
Rõ ràng chỉ cần nhìn vào độ sáng tối của 2 LED, ta có thể nhận biết được nhiệt độ của môi trường cần cảnh báo nhiệt độ. Để mạch cảnh báo hiệu quả hơn có thể thêm vào một mạch dao động, mạch này giúp khi có sự cố các LED sẽ không sáng liên tục mà nhấp nháy.
b. Mạch chỉnh lưu chính xác
Trong thực tế, đôi lúc người ta cần mạch chỉnh lưu có điện áp ngõ ra như hình vẽ trong điều kiện lý tưởng, nhưng trên thực tế dù diode được phân cực thuận và dẫn dòng thì vẫn có một sụt áp đáng kể trên diode (chỉnh lưu cầu sụt áp này là 2VD). Điều này dẫn đến sự méo dạng điện áp ngõ ra như hình 4.21.
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 148
Để khắc phục nhược điểm này người ta thiết kế mạch Op-Amp như hình 12.13.
Do dòng điện hai ngõ vào của Op-Amp bằng 0, nên trong chu kỳ phân cực thuận của Diod (chu kỳ chỉnh lưu) Vin = Vout vì vậy điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu như là dạng bộ chỉnh lưu lý tưởng.
c. Mạch lọc
Mạch lọc thụ động có ưu điểm là rất đơn giản, tuy nhiên hệ số truyền đạt nhỏ do bị tổn hao trên RC, phụ thuộc nhiều vào tải, khó phối hợp tổng trở với các mạch ghép. Muốn hạn chế độ suy giảm thì phải lắp nhiều mạch lọc liên tiếp, lúc này tần số cắt của bộ lọc sẽ khác với các tần số cắt của các mắt lọc. Cách khắc phục nhược điểm trên đó là sử dụngcác mạch lọc tích cực. Cụ thể là đưa mắt lọc RC vào đường hồi tiếp của Op- Amps để tăng hệ số truyền đạt, tăng hệ số phẩm chất, đồng thời làm giảm ảnh hưởng của tải bằng cách dùng tầng đệm để phối hợp trở kháng.
Cũng như mạch lọc thụ động, có thể phân mạch lọc tích cực theo tần số làm việc như: mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch lọc dãy. Ở đây giới thiệu một
Hình 4.21: Giản đồ chỉnh lưu
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 149 mạch lọc tích cực lọc thông thấp: mạch lọc mà tần số thấp được truyền qua nguyên vẹn, cò tần số cao bị suy giảm và chậm pha với tín hiệu vào.
Có thể dùng công thức để tính toán và thiết lập biểu đồ Bode về biến tần của mạch lọc
Các nhận xét về mạch lọc thông thấp:
- Tại tần số cắt fc có độ lệch pha là -45o; biên độ điện áp ra giảm gần 3 dB. - Tại tần số thấp f << fc: biên độ |A| = 1 ≈ 0dB
- Tại tần số cao f >> fc: biên độ |A| = 1/ωRC, hệ số khuếch đại tỉ lệ nghịch với tần số theo quan hệ: tần số tăng 10 lần thì hệ số khuếch đại giảm 10 lần tức là giảm
20dB/decade hay 6dB/octave.
Hình 4.23: Sơ đồ mạch lọc
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 150
4.4 MẠCH ỨNG DỤNG LINH KIỆN QUANG
Trước hết nó là một linh kiện điện tử nhưng điều đặc biệt là nó hoạt động trên cơ sở chịu sự tác động của ánh sáng hoặc là nó sẽ phát ra ánh sáng. Nói một cách