1.1.8.2 .DỊNG ĐIỆN TẠO BỞI CỦA ELECTRONS VÀ LỔ TRỐNG
4.5. PUT (PROGRAMMABLE UNIJUNCTION TRANSISTOR):
4.5.5. ĐIỀU KIỆN ĐỂ DUY TRÌ TRẠNG THÁI DẪN HỒN TỒN CHO PUT:
Giả sử mạch dao động tích thốt dùng PUT trình bày trong hình 4.47; trong đĩ PUT cĩ mã số 2N6027.
Với các điện trở R1 = 27 kΩ ; R2 = 16 kΩ ; hệ số kích dẫn của PUT được xác định như sau:
1 1 2 R 27k 27 0,6279 R R 27k 16k 43
Từ bảng thơng số của PUT, ta cĩ áp VT = 0,6 V (Offset
Voltage) cho cả hai loại PUT 2N6027 và 2N6028. Giá trị áp điểm
đĩnh của PUT được xác định theo quan hệ:
P BB T
V .V V 0,6279.10 V 0,6 V 6,879 6,9V
Gọi RG là điện trở tương đương Thevenin giữa cực cổng G và điểm masse của mạch ta cĩ:
1 2 G 1 2 R .R 27.16 R 10,0465 10k R R 17 16
Từ giá trị này tra tiếp các thơng số trong đặc tính, ta cĩ dịng điểm đỉnh tiêu chuẩn là
P
I 4 A dịng cực tiểu tại điểm trủng là IV min 70 A . Các giá trị này được xác định tương ứng với giá trị RG = 10 kΩ và áp VS = 10 V.
Với áp nguồn cung cấp cho mạch trong hình 4.47 là VBB = 10 V, điện trở R cĩ giá trị cần thỏa mãn phạm vi sau để đảm bảo mạch luơn luơn dao động . Áp dụng quan hệ (4.29) ta cĩ:
BB V BB P V P V V V V R I I
Khi chọn áp tại điểm trủng VV = 0 V ta cĩ kết quả sau:
BB V V V V 10V 0V 142,857 143k I 70 A BB P P V V 10V 6,9V 775k I 4 A
Tĩm lại để mạch dao động tích thốt dùng PUT hoạt động bình thường, giá trị của điện trở R phải nằm trong khỗng từ 143k R 775k
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
BÀI TẬP CHƯƠNG 4
BÀI TẬP 4.1
Xác định giá trị của biến trở R để chuyển SCR sang trạng thái ngưng dẫn. Biết dịng IH 10mAvà áp
AK
V 0,7 V
ĐÁP SỐ: 7,29 Ω
BÀI TẬP 4.2
Vẽ dạng áp VR trên tải R tương ứng với các dạng áp tức thời cho trong hình H4.49.
BÀI TẬP 4.3
Vẽ dạng sĩng dịng điện trong mạch hình H4.50. Biết áp “break over” của diac là 20 V và IH 20mA
BÀI TẬP 4.4
Vẽ dạng sĩng dịng điện trong mạch hình H4.51. Biết TRIAC cĩ áp “break over” là 25 V và IH 1mA
BÀI TẬP 4.5
Tìm dảy giá trị của điện trở R1 để đảm bảo trạng thái dẫn và ngưng dẫn cho UJT. Biết 0,68; IV 15 mA; IP 10 A và VP 10 V.
HÌNH H4.48
HÌNH H4.49
HÌNH H4.50
HÌNH H4.51
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
BÀI TẬP 4.6
Trong hình H4.53, tại mức áp VA là bao nhiêu thì PUT bắt đầu chuyển sang trạng thái dẫn.
Vẽ dạng sĩng dịng điện cho mỗi mạch trong hình H4.53, khi cấp điện áp xoay chiều hình sin biên độ là 10 V tại anod. Bỏ qua áp phân cực thuận của PUT.
BÀI TẬP 4.7
Vẽ dạng sĩng điện áp đặt ngang qua hai đầu điện trở R1
trong hình H4.54 theo dạng sĩng vào Vin .
BÀI TẬP 4.8
Cho mạch dao động tích thốt theo hình H4.55, với R1 50 k
Và UJT cĩ các thơng số như sau: RBB 5 k; 0,6; VV 1V;
V
I 10mA; IP 10 A . Xác định:
a./ Các nội trở RB1; RB2 của UJT tại lúc IE 0. b./ Áp điểm đỉnh VP.
c./ Dảy giá trị điện trở R1đảm bào điều kiện dao động của UJT. d./ Tần số dao động nếu RB1 100 trong suốt thời gian UJT dẫn.
BÀI TẬP 4.9
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động và cơng dụng của mạch điện tử trong hình
H4.56 . HÌNH H4.53 HÌNH H4.54 HÌNH H4.55 C 1pF HÌNH H4.56
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
BÀI TẬP 4.10
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động và cơng dụng của mạch điện tử trong hình H4.57 .
BÀI TẬP 4.11
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động và cơng dụng của các mạch điện tử trong hình H4.58. Chú ý các nhiệm vụ của các diode .
BÀI TẬP 4.12
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động và cơng dụng của mạch điện tử trong hình
H4.59. Chú ý các nhiệm vụ của các diode.
HÌNH H4.57
HÌNH H4.58
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
BÀI TẬP 4.13
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của mạch điều chỉnh thay đổi điện áp cấp vào phần ứng của động cơ DC kích từ độc lập (kích từ dùng nam châm vĩnh cửu)
H4.60. Chú ý các nhiệm vụ của
cầu diode cấp nguồn vào phần ứng động cơ.
BÀI TẬP 4.14
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của mạch nạp điện cho accu 12V trong hình H4.61.
Trong đĩ T2 là biến áp xung sơ cấp lắp trên ngỏ ra của PUT và thứ cấp lắp tại cực cổng của SCR. Chú ý nhiệm vụ của diode Zener.
BÀI TẬP 4.15
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển pha trong hình H4.62. Chú ý đến dạng sĩng điện áp trên Tải thuần trở 100Ω. HÌNH H4.60 HÌNH H4.61 HÌNH H4.62
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
BÀI TẬP 4.16
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của mạch tạo sĩng răng cưa trong hình H4.63.
Chú ý đến nhiệm vụ của transistor pnp Q1
BÀI TẬP 4.17
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển đảo chiều quay động cơ DC kích từ độc lập dùng SCR trong hình H4.64. Trong mạch T1 và T2 là các biến áp xung, các sơ cấp của các biến áp được đấu nối tiếp với tụ C1 thơng qua selector switch. Các thứ cấp của các biến áp cấp đến các cộng của các SCR, xem hình vẽ
HÌNH H4.63
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
CHƯƠNG 05
MẠCH KHUẾCH ĐẠI BIÊN ĐỘ NHỎ DÙNG TRANSISTOR 5.1.HOẠT ĐỢNG KHUẾCH ĐẠI:
Phân cực transistor là chế độ làm việc được thực hiện hồn tồn trong mạch DC.
Mục tiêu của sự phân cực là xác định điểm làm việc Q sao cho transistor cho các đáp ứng khi
cĩ sự thay đổi dịng hay áp của các tín hiệu AC vào. Trong các ứng dụng với mạch khuếch đại áp biên độ thấp (như mạch khuếch đại atenna, micro. . ) sự thay đổi điểm làm việc Q tương đối nhỏ. Các bộ khuếch đại được thiết kế để hoạt động với các tín hiệu AC biên độ nhỏ được gọi là bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ.
Qua các nội dung trình bày trong chương này, chúng ta biết được: Các vấn đề khuếch đại.
Làm rõ các ký hiệu dùng cho áp, dịng DC và AC.
Giải thích nguyên tắc hoạt động tổng quát của bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ. Phân tích đường tải điện AC.
Mơ tả q trình đảo pha tín hiệu AC vào.
5.1.1.CÁC ĐẠI LƯỢNG AC:
Trong chương trước, các đại lượng DC được ký hiệu bằng các ký tự in viết hoa như: IC;
E
I ; VC và VCE. Các ký hiệu dùng ký tự in hoa với các chỉ số chữ thường đặc trưng cho các giá trị dịng, áp hiệu dụng (rms), trung bình (avg), giá trị đỉnh (peak) và giá trị đỉnh đến đỉnh như : Ic; Ie;
b
I ; Vc; Vce. Với các giá trị dịng, áp tức thời được ký hiệu bằng các ký tự thường khơng viết hoa như: ic; vce; ib. .
Trong hình H3.1 trình bày cách ký hiệu các thơng số áp của tín hiệu áp xoay chiều hình sin khi biết được dạng sĩng theo biến thời gian t của tín hiệu áp.
Phần tử điện trở thường cĩ các giá trị khác nhau khi mạch được phân tích theo quan điểm AC khác với quan điểm DC (áp dụng khi tính tốn phân cực).
Các ký hiệu với chỉ số dùng ký tự thường đặc trưng cho điện trở AC. Thí dụ với rc là điện trở AC tại cực thu và RClà điện trở DC tại cực thu. Các thành phần điện trở nội trong transistor được biểu diễn bằng ký tự chữ viết thường r ', thí dụ r 'elà điện trở nội AC tại cực phát transistor.
5.1.2.BỘ KHUẾCH ĐẠI TUẾN TÍNH (THE LINEAR AMPLIFIER):
Trong hình H5.2 trình bày mạch transistor phân cực dùng cầu phân áp với tín hiệu AC hình sin cấp đến cực nền thơng qua tụ C1 và áp ra cầp đến tải tại cực thu thơng qua điện dung C2.
Các tụ điện dùng ngăn thành phần DC và duy trì nội trở Rs của nguồn áp, điện trở tải RL
khơng làm thay đổi áp DC phân cực tại cực nền và cực thu của transistor.
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
Các tụ điện xem như lý tưởng, ở trạng thái ngắn mạch đối với tín hiệu AC vào. Nguồn áp hình sin tạo sự thay đổi áp cực nền theo quan hệ sin quanh mức DC phân cực. Kết quả dẫn đến sự thay đổi dịng cực nền làm thay đổi lớn dịng cực thu do độ lợi khuếch đại dịng của transistor.
Khi dịng điện sin tại cực thu gia tăng, áp cực thu giảm. Dịng AC cực thu thay đổi quanh điểm Q và trùng pha với dịng AC cực nền. Áp AC giữa cực thu phát thay đổi quanh
điểm Q và lệch pha 180o so với áp
AC tại cực nền, xem hình H5.3. Transistor đã tạo sự đảo pha giữa áp AC tại cực nền và áp AC tại cực thu.
GIẢI TÍCH DÙNG ĐỒ THỊ
Q trình hoạt động vừa phân tích trên cĩ thể được mơ tả bằng đồ thị theo đường tải AC, xem hình H5.3. Đường tải AC khác với đường tải DC do ảnh hưởng của điện trở tải RL đấu song song với điện trở cực thu RC .
5.2.MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG AC CỦA TRANSISTOR:
Muốn thấy được hoạt động cùa transistor trong mạch khuếch đại, cần biểu diễn linh
kiện bằng mạch tương đương. Mạch tương đương sử dụng các thơng số nội bên trong transistor để biểu diễn trạng thái làm việc của linh kiện. Các mạch tương đương được trình bày dựa trên tính trở được gọi là mạch tương đương thơng số r. Ngồi ra ta cịn cĩ mạch tương đương biểu diễn theo hệ thống thơng số khác được gọi là thơng số h.
Trong mục này giới thiệu đến các nội dung:
Chứng minh và áp dụng các thơng số nội bên trong transistor. Định nghĩa các thơng số r.
Mạch tươngđương của transistor dùng thơng số r. Phân biệt hệ số AC và DC.
Định nghĩa các thơng số h.
5.2.1.THƠNG SỐ r VÀ MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG THƠNG SỐ r :
Các thơng số r thường dùng trong mạch tương đương của transistor bao gồm 5 thơng số được trình bày tĩm tắt trong bảng 5.1 sau đây. Ký hiệu dùng ký tự thường r đặc trưng cho nội trở của transistor.
HÌNH H 5.2
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
Mạch tương đương thơng số r của transistor BJT được trình bày trong hình H5.4. Trong hầu hết q trình giải tích tơng qt, cĩ thể đơn giản như sau:
Ảnh hưởng của điện trở nội cực nền r 'b
thường rất bé cĩ thể bỏ qua. Nội trở này được
thay thế bằng phần tử ngắn mạch.
Giá trị của điện trở nội cực thu r 'c
thường rất lớn khoảng vài trăm kΩ cĩ thể được
thay thế bằng phần tử hở mạch.
Mạch tương đương thơng số r đơn giản được trình bày trong hình H3.5.
Mạch tương đương biểu diễn thơng số bên trong transistor khi hoạt động với tín hiệu AC bao gồm: nội trở r 'egiữa các cực nền phát . Đây là điện trở được nhìn vào các cực nền phát khi phân cực thuận transistor. Ảnh hưởng của dịng cực thu như một nguồn dịng AC e.I hay
tương đương với AC b.I .
Các thơng số của mạch tương đương thơng số r với ký hiệu của transistor đương tương đồng trong hình H5.6.
5.2.2.XÁC ĐỊNH THƠNG SỐ r 'eBẰNG CƠNG THỨC:
Thơng số điện trở nội r 'e rất quan trọng trong nhĩm thơng số r khi giải tích mạch khuếch
đại. Giá trị này được tính gần đúng theo quan hệ (5.1) tại nhiệt độ 20oC ; r 'e phụ thuộc vào nhiệt
độ và phải được tính theo theo từng giá trị nhiệt độ làm việc. Khi nhiệt độ thay đổi tử số trong quan hệ (5.1) hơi thay đổi.
e E 25mV r ' I (5.1) BẢNG 5.1 TĨM TẮT CÁC THƠNG SỐ r THƠNG SỐ r ĐẶC TÍNH AC Hệ số alpha AC = c e i i AC Hệ số beta AC = c b i i c
r ' Điện trở nội AC cực thu e
r ' Điện trở nội AC cực phát b
r ' Điện trở nội AC cực nền
HÌNH H 5.4: Mạch tương đương thơng số r của transistor (dạng chính xác).
HÌNH H 5.5: Mạch tương đương thơng số r của transistor (dạng đơn giản).
HÌNH H 5.6: Quan hệ giữa ký hiệu transistor với mạch tương đương thơng số r.
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
THÍ DỤ 5.1:
Với transistor hoạt động tại điểm làm việc cĩ dịng DC qua cực phát là 2 mA , thơng số r 'e
được xác định theo quan hệ sau:
e E 25mV 25mV r ' 12,5 I 2mA
5.2.3.SO SÁNH CÁC THƠNG SỐ ACVỚI THƠNG SỐ DC :
Với các transitor, đồ thị mơ tả quan hệ giữa thơng số IC
theo IBkhơng tuyến tính, xem hình H5.7. Khi xác định điểm làm việc Q trên đặc tuyến và tạo sự thay đổi dịng cực nền B I quanh điểm Q, chúng ta nhận được sự thay đổi dịng cực thu là IC. Với tính chất phi tuyến của đặc tuyến, tại điểm Q các giá trị DC và gía trị AC hơi khác biệt.
5.2.4.THƠNG SỐ h VÀ MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG THƠNG SỐ h :
Thơng số h là các thơng số đặc tính của transistor thường được nhà sản xuất đưa ra trong các tài liệu kỹ thuật . Ký hiệu h được viết tắt từ thuật ngữ hybrid. Các thơng số h cơ bản bao gồm các giá trị: hi; hr; hf và ho. Các thơng số này được đo dễ dàng qua các thí nghiệm và được mơ tả tĩm tắt trong bảng 5.2. Mỗi thơng số đươc mang thêm chỉ số thứ nhì để mơ tả cho cấu hình của mạch khuếch đại: cực phát chung (common-emitter) (e); cực nền chung (common-base) (b) hay cực thu chung (common-collector) (c), xem bảng 5.3.
BẢNG 5.2
TĨM TẮT CÁC THƠNG SỐ h
THƠNG SỐ h MƠ TẢ ĐIỀU KIỆN
hi Tổng trở nhập Ngắn mạch ngõ ra hr Tì số áp hồi tiếp Hở mạch ngõ vào
hf Độ lợi dịng thuận Ngắn mạch ngõ ra
ho Tổng dẫn ra Hở mạch ngõ vào
BẢNG 5.3
CÁC THƠNG SỐ h THEO CẤU HÌNH MẠCH KHUẾCH ĐẠI
CẤU HÌNH MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÁC THƠNG SỐ h
Cực phát chung (common-emmitter) hie hre hfe hoe
Cực nến chung (common-base) hib hrb hfb hob
Cực thu chung (common-collector) hic hrc hfc hoc
a./ DC CQ BQ I I tại điểm Q b./ AC C B I I tại điểm Q HÌNH H 3.7: Sự khác biệt giữa các hệ số AC và DC.
STU – KHOA CƠ KHÍ – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2010
5.2.5.Ý NGHĨA CỦA CÁC MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG THƠNG SỐ h VÀ THƠNG SỐ r :
Xét mạch điện theo hình H5.8 tạo thành từ 3 mạch con: N1 , N và N2; trong đĩ mạch con N cĩ 2 đầu liên lạc với mạch con N1 và 2 đầu cịn lại liên lạc với mạch con N2. Mạch con N được gọi là mạch 2 cửa (two-port netwok).
Với mạch 2 cửa N, tại mỗi cửa cĩ một cặp thơng số dịng áp; các thơng số dịng áp tức thời : v1 ; i1 ; v2 và i2 chắc chắn sẽ xác định được quan hệ thơng qua hai phương trình được gọi là phươg trình đặc tính của 2 cừa.
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa 4 thơng số trên thơng qua các phương trình đặc tính, ta suy ra được mạch tương đương cho mạch 2 cửa N.
THƠNG SỐ Z
Trong trường hợp các phương trình đặc tính của mạch 2 cửa N được viết theo dạng phức và cĩ dạng tuyến tính như sau:
1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 V Z . I Z . I V Z . I Z . I (5.2)
Các hệ số Zij trong quan hệ (5.2) được gọi là thơng số Z của mạch N hay tổng trở hở
mạch. Ý nghĩa của các hệ số này cĩ thể được xác định bằng các định nghĩa như sau:
1 1 2 V 11 I I 0 Z