4. Ph−ơng pháp nghiên cứu
2.3. Khuếch đại thuật toán trong so sánh và khuếch đại tín hiệu
OA (là chữ viết tắt của Operational Amplifier) là bộ khuyếch đại thuật toán thuộc về bộ khuếch đại dòng điện một chiều, có hệ số khuyếch đại lớn, có hai đầu vào vi sai và một đầu ra chung. Hiện nay các bộ khuếch đại thuật toán đóng vai trò rất quan trọng và đ−ợc ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật khuếch đại, tạo tín hiệu hình sin và xung, trong bộ ổn áp và bộ lọc tích cực…
Cấu tạo và ký hiệu của OA: cấu tạo cơ sở của OA với các tầng đầu là các tầng khuếch đại vi sai dùng làm tầng vào. Tầng ra của OA th−ờng là tầng lặp emito (CC) để dịch mức một chiều. Vì hệ số khuếch đại của tầng emito gần bằng 1, nên hệ số khuếch đại đạt đ−ợc nhờ tầng vào và các tầng khuếch đại bổ xung mắc giữa tầng vi sai và tầng CC. Tùy thuộc vào hệ số khuếch đại của OA mà quyết định số l−ợng tầng giữa.
Ký hiệu quy −ớc của một bộ khuếch đại thuật toán nh− hình 2.21. Với đầu vào U(v.k) (hay Uv+) gọi là đầu vào không đảo, đầu vào thứ hai U(v.d) (hay Uv-) gọi là đầu vào đảo. Ec1 (hay E(c1)) và Ec2 (hay E(c2)) là hai nguồn cung cấp (có thể là nguồn không đối xứng).
Hình 2.21. Ký hiệu của khuếch đại thuật toán
Đặc tuyến truyền đạt điện áp của bộ khuếch đại thuật toán: đặc tuyến có dạng nh− hình 2.22 sau:
Hình 2.22. Đặc tuyến truyền đạt của OA
Đặc tuyến truyền đạt của OA gồm hai đ−ờng đặc tuyến t−ơng ứng với các đầu vào đảo và không đảo. Mỗi đ−ờng đặc tuyến có một đoạn nằm ngang ứng với chế độ bão hoà và một đoạn ứng với chế độ khuếch đại. Trên những đoạn đó khi thay đổi điện áp tín hiệu đặt vào, điện áp ra của bộ khuếch đại không đổi và đ−ợc xác định bằng các giá trị U+rmax, U-rmax gọi là giá trị điện áp ra cực đại (điện áp bão hòa) gần bằng Ec của nguồn cung cấp. Đoạn đặc tính
Urmax Urmax +Ec -Ec Uv Ur Đầu vào không đảo Đầu vào đảo
biểu thị phụ thuộc tỷ lệ của điện áp ra với điện áp vào, với góc nghiêng xác định hệ số khuếch đại của OA.
v r U U K Δ Δ =
Trong đó trị số K tùy thuộc vào từng loại OA, có thể từ vài trăm nghìn lần. Giá trị K lớn cho phép thực hiện hồi tiếp âm nhằm cải thiện nhiều tính chất quan trọng của OA.
Đ−ờng cong trên hình 2.22 là đ−ờng đặc tính lý t−ởng đi qua gốc tọa độ. Trạng thái Ur = 0 khi Uv = 0 gọi là trạng thái cân bằng của OA. Tuy nhiên với những OA thực tế th−ờng khó có thể đạt đ−ợc cân bằng hoàn toàn, tức là khi Uv = 0 thì Ur có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn không. Nguyên nhân là do tác động của các linh kiện bên trong khuếch đại vi sai.
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của tham số OA gây nên độ trôi điện áp đầu vào và điện áp đầu ra theo nhiệt độ. Vì vậy trong mạch điện để cân bằng ban đầu cho OA ng−ời ta đ−a vào một trong các đầu vào của nó một trong các điện áp phụ thích hợp hoặc một điện trở để điều chỉnh dòng thiên áp ở mạch vào. Ngoài ra điện trở ra cũng là một trong những tham số quan trong của OA. OA phải có điện trở ra nhỏ (cỡ hàng chục, hàng trăm Ω) để đảm bảo điện áp ra lớn khi điện trở tải nhỏ.
Một số mạch ứng dụng cơ bản của OA:
+ Khuếch đại đảo hình2.23 sau:
Hình 2.23 Tại nút N có I1=Iht ; ht N N v R Ur U R U U − = − 1
Với giả thiết OA lý t−ởng UN=UP, UP=0 nên UN=0; => ht r v R U R U =− 1 Ù 1 R R U U K ht v r =− =
Trong đó K: là hệ số khuếch đại
Tổng trở vào: 1 1 1 R R U U I U Z v v v v = = =
+ Khuếch đại không đảo hình 2.24.
Hình 2.24
Trong mạch có hồi tiếp âm điện áp đặt vào đầu đảo. UN=UP, mà UP=Uv => UN=Uv; N Ur R R R U 2 1 1 + = => 1 2 1 R R U U K v r = + = + Mạch đệm hình 2.25: Hình 2.25
2.4. Triac dùng trong mạch động lực
Triac là một dụng cụ bán dẫn có tên là Bidirectinal Triode Thyrixtor, là một loại Thyrixtor có ba cực, làm việc đ−ợc với cả hai chiều d−ơng và âm của điện áp và dòng điện. Vì có khả năng dẫn dòng đ−ợc cả hai chiều nên đ−ợc gọi là Triac (Triode Altemating Current), và cho phép sử dụng Triac trong mạch xoay chiều nh− một khóa điện hoặc nh− một bộ biến đổi trị số dòng điện xoay chiều. Nên các cực đ−ợc gọi là cực chuẩn T1 và cực vỏ T2, cực cửa G.
Cấu tạo của Triac
Triac đ−ợc cấu tạo bởi bốn lớp bán dẫn PNPN đặt xen kẽ
nhau nh− hình 2.26 và có thể coi nh− hai Thyrixtor PNPN và
NPNP nối song song với nhau. Cực cổng của Triac đ−ợc cấu tạo
phức tạp hơn để có thể điều khiển theo các cách khác nhau:
Hình 2.26. Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu Triac
Mạch t−ơng đ−ơng của Triac đ−ợc mô tả nh− nh− hình 2.27 d−ới đây:
Hình 2.27. Mạch t−ơng đ−ơng của Triac
Nguyên lý làm việc của Triac
Triac gần nh− t−ơng đ−ơng với hai Thyrixtor nối song song ng−ợc.
Tr−ờng hợp T2(+), G(+), Thyrixtor T mở cho dòng chảy qua nh− một Thyrixtor thông th−ờng.
Tr−ờng hợp T2(-), G(-), các điện tử từ N3 phóng vào P2. Phần lớn bị điện tr−ờng tiếp xúc Ej1 hút vào khiến cho barier này giảm thấp, gần nh− toàn bộ điện áp ngoài đ−ợc đặt lên J2 làm cho barier này cao lên. Nếu điện áp ngoài đủ lớn làm cho barier này cao đến mức hút vào những điện tích thiểu số (các điện tử của P1) và làm động năng của chúng đủ lớn để bẻ gẫy các liên kết của các nguyên tử Si trong vùng. Kết quả là xảy ra phản ứng dây chuyền và T bắt đầu mở cho dòng chảy qua.
Đặc tính Volt-Ampe (V-A)
Đặc tính V-A của Triac là mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp I = f(U) nh− hình 2.28 d−ới đây:
Hình 2.28. Đặc tính V-A của Triac
Đặc tính V-A của Triac gồm có hai phần đối xứng nhau qua điểm 0 hai phần này giống nhau nh− đặc tính V-A của hai SCR mắc ng−ợc chiều. Khi dòng điện cổng thay đổi, điện áp thuận khóa dòng cũng thay đổi. Dòng điện cực cổng tăng lên, điện áp thuận khởi động càng giảm.
Triac có thể mở theo 4 kiểu
+ Mở bằng xung điều khiển uG > 0 khi 0 2
1T >
T
u
+ Mở bằng xung điều khiển uG < 0 khi 0 2
1T >
T
u
+ Mở bằng xung điều khiển uG < 0 khi 0 2
1T <
T
u
+ Mở bằng xung điều khiển uG > 0 khi 0 2
1T <
T
u
- UG > 0 với 0 1 2T > T u dòng từ T2 đến T1. - UG < 0 với 0 1 2T < T u dòng từ T1 đến T2.
Các thông số của Triac
+ Điện áp định mức (Udm): là điện áp cực đại cho phép đặt vào Triac theo chiều thuận hoặc chiều ng−ợc trong một thời gian dài.
+ Dòng điện hiệu dụng định mức (Idm): là dòng điện lớn nhất có thể đi qua Triac trong một thời gian dài.
+ Dòng điện điều khiển Triac (IG): là dòng điện điều khiển IG đảm bảo mở Triac.
+ Điện áp điều khiển Triac (UG): là điện áp điều khiển đảm bảo mở Triac.
+ Dòng điện duy trì (Ih): là trị số tối thiểu của dòng điện anot đi qua Triac để duy trì Triac ở trạng thái mở.
+ Điện áp rơi định mức trên Triac (Δu): là điện áp rơi trên Triac khi Triac dẫn và dòng điện qua Triac bằng dòng điện định mức.
Triac làm việc ở chế độ thông-khoá
Trong điều kiện làm việc chuẩn thì việc khóa một Triac giống nh− việc khóa một Thyrixtor khi giá trị dòng giảm d−ới giá trị dòng điện duy trì.
Với một phụ tải đ−ợc cấp từ một nguồn xoay chiều hình sin qua bộ biến đổi dòng điện dùng Triac hoặc dùng hai Thyrixtor mắc song song ng−ợc chiều thì có thể có hai chế độ làm việc:
+ Chế độ thông-khóa nh− một bộ đóng-cắt không tiếp điểm. Khi đóng, phụ tải đ−ợc nối với nguồn và tiêu thụ đủ công suất. Khi cắt, phụ tải bị cắt khỏi nguồn, công suất tiêu thụ bằng không.
+ Chế độ thông với việc điều chỉnh dòng điện xoay chiều qua việc điều khiển góc mở α.
ứng dụng của Triac
Dùng để điều chỉnh ánh sáng điện, nhiệt độ trong lò, điều chỉnh chiều quay và tốc độ động cơ một chiều…