ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC MÔN HỌC: DỰ ÁN KỸ THUẬT, tiểu luận THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU

KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC MÔN HỌC: DỰ ÁN KỸ THUẬT

LỚP HỌC PHẦN: DHDTMT15B

Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật máy tính – 7480108 Giáo viên giảng dạy : TS Nguyễn Thế Kỳ Sương

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2021

THÔNG TIN THÀNH VIÊN NHÓM

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thế Kỳ Sương

Cơ quan công tác: Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 10 năm 2021

Địa chỉ liên hệ: 12 Nguyễn Văn Bảo, Phường 4, Quận Gò Vấp, TP.HCM

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thế Kỳ Sương

Cơ quan công tác: Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 10 năm 2021

Địa chỉ liên hệ: 12 Nguyễn Văn Bảo, Phường 4, Quận Gò Vấp, TP.HCM

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thế Kỳ Sương

Cơ quan công tác: Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 10 năm 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4

LỜI CẢM ƠN 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG 8

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 10

1.1 Đặt vấn đề 10

1.2 Mục tiêu của đề tài 10

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

1.4 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 11

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 12

2.1 Khối Động cơ DC – Khối Encoder 12

2.1.1 Giới thiệu Động cơ DC 12

2.1.1.1 Khái niệm 12

2.1.1.2 Nguyên lí cấu tạo động cơ điện một chiều 12

2.1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều 13

2.1.1.4 Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều 13

2.1.1.5 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện một chiều 14

2.1.2 Khối Encoder 15

2.1.2.1 Khái niệm 15

2.1.2.2 Nguyên lí hoạt động 15

2.1.2.3 Sơ đồ mạch 15

2.1.2.4 Công thức tính toán 16

2.2 Hệ thống điều khiển PID 17

2.3.1 Giới thiệu tổng quan bộ điều khiển PID 17

2.2.1.1 Khái niệm 17

2.2.1.3 Các thông số điều chỉnh PID 19

2.2.2 Sơ đồ khối 19

2.2.3 Sơ đồ mạch 20

2.2.4 Các bước thiết kế khối PID dựa vào thông số động cơ cho trước 21

2.2.5 Công thức tính toán 24

2.3 Khối nguồn (mạch nguồn) 24

2.3.1 Khái niệm mạch nguồn 24

2.3.2 Ứng dụng của mạch nguồn 24

2.3.3 Các loại mạch nguồn 25

2.3.4 Công thức tính toán các giá trị linh kiện [2] 25

2.3.4.1 Mạch trừ 25

2.3.4.2 Mạch khuếch đại không đảo 25

2.4 Khối PWM 25

2.4.1 Khái niệm PWM 25

2.4.2 Ưu và nhược điểm của khối PWM 27

2.4.2.1 Ưu điểm: 27

2.4.2.2 Nhược điểm 27

2.4.3 Ứng dụng của mạch PWM 27

2.4.4 Cách điều chế PWM 27

2.4.4.1 Mạch dao động đa hài sử dụng IC LM555 27

2.4.4.2 Mạch tạo xung tam giác 29

2.4.4.3 Mạch so sánh 31

2.5 Khối công suất 32

2.5.1 Giới thiệu 32

2.5.2 Lựa chọn mạch công suất 33

2.5.2.1 Khối cách ly dùng opto 817 33

2.5.2.2 Sử dụng BJT để phân cực cho Mosfet 34

2.5.2.3 Giới thiệu sơ lược về Mosfet IRF540 36

2.5.3 Mạch công suất 38

2.5.3.1 Sơ đồ mạch 38

2.5.3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch công suất 38

2.6 Khối chuyển đổi F/V 38

2.6.1 Giới thiệu IC LM331 39

2.6.2 Mạch chuyển đổi F/V 39

2.6.2.1 Sơ đồ mạch 40

2.6.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 40

❖ Sơ đồ khối tổng quát của mạch điều khiển tốc độ động cơ DC 41

3.1 Khối nguồn 41

3.1.1. Tính toán giá trị linh kiện trong mạch 41

3.1.2. Sơ đồ mạch nguồn mô phỏng phần mềm proteus 42

3.2 Khối điều khiển PID 42

3.2.1 Thực nghiệm chọn giá trị cho bộ điều khiển PID 42

3.2.2 Tính toán giá trị điện trở, tụ điện của bộ điều khiển PID 46

3.3 Khối điều xung PWM 48

3.3.1 Khối tạo xung vuông sử dụng IC 555 48

3.3.1.1 Tính toán giá trị các linh kiện trong mạch 48

3.3.1.2 Sơ đồ mạch mô phỏng proteus 48

3.3.2 Khối tạo xung tam giác 49

3.3.2.1 Tính tần số ngõ ra 49

3.3.2.2 Sơ đồ mạch mô phỏng proteus 49

3.3.3 Khuếch đại tín hiệu xung tam giác dùng BC547 50

3.3.3.1 Thực hiện tính toán giá trị linh kiện: 50

3.3.3.2 Sơ đồ mạch mô phỏng proteus 51

3.3.4 Khối so sánh 52

3.4 Khối công suất 52

3.4.1 Tính toán 52

3.4.2 Sơ đồ mạch mô phỏng proteus 53

3.5 Khối Động cơ – Khối ENCODER 53

3.5.1 Tìm hàm truyền của động cơ 53

3.5.2 Sơ đồ của động cơ – Encoder mô phỏng proteus 54

3.6 Khối chuyển đổi F/V (sử dụng LM331) 54

3.6.1 Tính toán 54

3.6.2 Sơ đồ mạch mô phỏng proteus 54

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 56

4.1 Mô phỏng trên phần mềm proteus 56

4.2 Thiết kế vỏ hộp cho thiết bị 56

4.3 Thiết kế mạch in và mạch mô phỏng 3D 57

4.3.1 Mạch in 57

4.3.2 Mạch mô phỏng 3D 60

4.4 Đánh giá kết quả mô phỏng 61

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62

5.1 Các kết quả đạt được 62

5.2 Một số đề xuất và hướng phát triển đề tài 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù

ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người xung quanh.Trong quá trình làm đề tài chúng em nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy

Cô và bạn bè

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Thế Kỳ Sương là thầy hướng dẫn đề tài của chúng em, thầy đã nhiệt tình hỗ trợ chúng em về mọi mặt trong thời gian chúng em thực hiện đề tài này Thầy đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu, luôn động viên em cố gắng hoàn thành đề tài Em thật sự biết ơn Thầy!

Chúng em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Điện Tử Máy Tính đã dạy bảo chúng em, cung cấp cho chúng em những bài học bổ ích cũng như những kinh nghiệm quý báu không chỉ giúp chúng em thực hiện đề tài mà còn làm hành trang cho sự nghiệp của

em

Những thiếu sót trong khi thực hiện đề tài là điều khó có thể tránh khỏi, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn bè

Tp Hồ Chí Minh, ngày 19/11/2021 Nhóm sinh viên thực hiện Ngô Văn Hạt Bùi Thị Lệ Hằng Trần Thị Tuyết Nhi

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG

Hình 1 Mặt cắt ngang trục động cơ điện một chiều 12

Hình 2 Các loại động cơ điện một chiều 13

Hình 3 Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều 14

Hình 4 Tín hiệu xung của động cơ 15

Hình 5 Sơ đồ mạch khối động cơ - Encoder 16

Hình 6 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID 20

Hình 7 Sơ đồ mạch bộ điều khiển PID 20

Hình 8 Mô phỏng khối động cơ trong Simulink/ Matlab 23

Hình 9 Mô phỏng bộ điều khiển PID động cơ một chiều DC trong Simulink/ Matlab 24

Hình 10 Sơ đồ thay đổi độ rộng xung 26

Hình 11 Sơ đồ chân IC LM555 28

Hình 12 Sơ đồ tín hiệu xung của IC LM555 28

Hình 13 Sơ đồ mạch khối tạo xung tam giác 29

Hình 14 Sơ đồ mạch khuếch đại dùng BC547 31

Hình 15 Sơ đồ mạch khâu so sánh hai tín hiệu ngõ vào 32

Hình 16 Biểu đồ nguyên lý của mạch tạo PWM 32

Hình 17 Sơ đồ chân IC PC817 33

Hình 18 Datasheet transistor BC547 35

Hình 19 Datasheet transistor BC557 36

Hình 20 Sơ đồ chân Mosfet IRF540 37

Hình 21 Sơ đồ mạch của khối công suất 38

Hình 22 Sơ đồ chân IC LM331 39

Hình 23 Sơ đồ mạch chuyển đổi F/V 40

Hình 24 Sơ đồ khối tổng quát mạch điều khiển tốc độ động cơ DC 41

Hình 25 Sơ đồ mạch khối nguồn mô phỏng proteus 42

Hình 26 Thông số động cơ chạy trong Command Window 43

Hình 27 Giá trị ban đầu của PID trước khi thực nghiệm 43

Hình 28 Biểu đồ hiển thị thời gian xác lập (thực nghiệm lần 1) 44

Hình 29 Biểu đồ 44

Hình 30 Biểu đồ 45

Hình 31 Biểu đồ 45

Hình 32 Giá trị PID sau khi thực nghiệm 46

Hình 33 Sơ đồ mạch mô phỏng proteus khối PID 47

Hình 34 Sơ đồ mạch tạo xung vuông sử dụng IC LM555 mô phỏng proteus 49

Hình 35 Sơ đồ mạch tạo xung tam giác mô phỏng proteus 50

Hình 36 Đặc tính của transistor 50

Hình 37 Sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu xung tam giác mô phỏng proteus 51

Hình 38 Sơ đồ mạch so sánh mô phỏng proteus 52

Hình 39 Sơ đồ mạch mô phỏng khối PWM trên proteus 52

Hình 40 Sơ đồ mạch khối công suất mô phỏng proteus 53

Hình 41 Động cơ - Encoder 54

Hình 42 Sơ đồ mạch mô phỏng khối F/V trên proteus 55

Hình 43 Mô phỏng toàn mạch 56

Hình 44 Vỏ hộp thiết bị 57

Hình 45 Mô phỏng mạch in 58

Hình 46 Lớp nối dây phía trên của mạch in 59

Hình 47 Lớp nối dây phía dưới của mạch in 60

Hình 48 Mạch mô phỏng 3D 61

Bảng 1 Công thức tính thời gian thấp nhất, thời gian cao nhất, chu kì xung của xung vuông từ IC555 29

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Điều khiển là một trong những lĩnh vực quan trọng đối với đời sống xã hội, khoa học –

kỹ thuật, kinh tế, nông nghiệp, công nghiệp v.v… Mỗi người trong chúng ta đều tiếp cận với điều khiển ở bất cứ nơi đâu và bất cứ công việc gì Chính vì vậy, chất lượng đào tạo

Kỹ thuật là vấn đề dẫn đầu xu thế phát triển hiện nay

Hiện nay khi nhắc tới điều khiển nói chung hay kĩ thuật điều khiển nói riêng, người ta dường như nghĩ ngay đến sự chính xác, tốc độ xử lý và thuật toán thông minh đồng nghĩa với việc yêu cầu lượng chất xám cao hơn

Trong lĩnh vực điều khiển và trong công nghiệp thì bộ điều khiển PID có ứng dụng khá rộng rãi cũng như là một giải pháp đa năng cho các tín hiệu số và tín hiệu tương tự Thống

kê cho thấy có tới hơn 90% các bộ điều khiển sử dụng trong thực tế là PID Bộ điều khiển PID cũng giúp người sử dụng dễ dàng tích hợp cũng như chọn các luật điều khiển như : tỉ lệ(P), tích phân(I), tỉ lệ tích phân(PI), tỉ lệ vi phân(PD), vi tích phân tỉ lệ (PID)… sao cho phù hợp đối với các đối tượng điều khiển Nhiều quá trình trong công nghiệp việc sử dụng

bộ điều khiển PID là không thể thay thế như khống chế nhiệt độ, mức, tốc độ… Ngay cả những lý thuyết điều khiển hiện đại cũng không cho ta những hiệu quả cao như bộ điều khiển PID mang lại

Trong các lĩnh vực khoa học – kỹ thuật hay đời sống, động cơ điện một chiều cũng được ứng dụng rất nhiều Bài toán thiết kế và điều khiển động cơ điện một chiều là bài toán

cơ bản và quen thuộc trong ngành điều khiển tự động Ta có thể thiết kế điều khiển động

cơ theo nhiều phương pháp khác nhau và mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng của nó Nhưng cuối cùng, tất cả phương pháp đều có chung mục đích là điều khiển tốc độ của động cơ

Trên cơ sở muốn tìm hiểu về phương pháp điều khiển động cơ bằng bộ điều khiển PID, nhóm sinh viên sinh được thực hiện đề tài “Thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển PID tốc

độ động cơ DC”

1.2 Mục tiêu của đề tài

▪ Tìm hiểu nguyên lý, chức năng và tác dụng của động cơ DC

▪ Tìm hiểu về điều khiển PID về mặt toán học

▪ Tìm hiểu được các chức năng, tác dụng của các linh kiện điện tử

▪ Thiết kế mạch điều khiển PID dùng linh kiện rời

▪ Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đi đôi với thực hành và khả năng làm việc nhóm 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

▪ Đối tượng nghiên cứu đề tài: động cơ điện một chiều có tải thay đổi

▪ Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng bộ điều khiển PID

1.4 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả của đề tài sẽ góp phần tìm ra những sai sót trong phương pháp điều khiển động

cơ bằng bộ điều khiển PID và đồng thời hoàn thiện phương pháp đó Từ đó mở ra tiềm năng áp dụng cài đặt vào các thiết bị điều khiển trong công nghiệp và làm nâng cao chất lượng điều khiển hơn nữa cho động cơ điện một chiều

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN

2.1 Khối Động cơ DC – Khối Encoder

2.1.1 Giới thiệu Động cơ DC

2.1.1.1 Khái niệm

Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của Direct Current Motors) là động cơ được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác thì đây là loại động cơ

chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp một chiều [13]

2.1.1.2 Nguyên lí cấu tạo động cơ điện một chiều

Cũng như các loại động cơ điện khác, động cơ điện một chiều cũng bao gồm stator, rotor, cổ góp và chổi điện [14]

Stator: gồm dây quấn kích thích được quấn tập trung trên các cực từ stator Các cực

từ stator được ghép cách điện từ lá thép kỹ thuật điện được dập định hình sẵn có bề dày 0,5 – 1mm, và được gắn trên gông từ bằng thép đúc, cũng chính là vỏ máy Stator còn được gọi là phần cảm của động cơ

Rotor: gồm lõi thép phần ứng và dây quấn phần ứng Lõi thép phần ứng có hình trụ,

được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, được đặt vào các rãnh trên lõi thép rotor Các phần tử dây quấn rotor được nối tiếp nhau thông qua các lá góp trên cổ góp Lõi thép phần ứng và cổ góp được

2.1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều

Căn cứ vào phương pháp kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành

những loại chính như sau: [14]

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Dòng điện kích từ được lấy từ nguồn riêng

biệt so với phần ứng Trường hợp đặc biệt, khi từ thông kích từ được tạo ra bằng nam châm vĩnh cữu, người ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích vĩnh cửu

Động cơ điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ được nối song song

với mạch phần ứng

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ được mắc nối tiếp với

mạch phần ứng

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Dây quấn kích từ có hai cuộn, dây quấn

kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp Trong đó, cuộn kích từ song song thường

là cuộn chủ đạo Hình 2 trình bày các loại động cơ điện một chiều

Hình 2 Các loại động cơ điện một chiều

a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập b) Động cơ điện một chiều kích từ song song c) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp d) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 2.1.1.4 Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều

Stator của động cơ điện một chiều thường là một hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, rotor gồm có các cuộn dây quấn và được kết nối với nguồn điện một chiều Một phần quan trọng khác của động cơ điện một chiều chính là bộ phận chỉnh lưu, bộ phận này làm nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường, bộ phận này sẽ có hai thành phần: một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp [13]

Hình 3 Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều

Nếu trục của động cơ điện một chiều được kéo bằng một lực ngoài thì động cơ này

sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một xuất điện động cảm ứng Electromotive force Khi vận hành ở chế độ bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp được gọi là sức phản điện động counter-EMF hoặc sức điện động đối kháng, vì

nó đối kháng lại với điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này sẽ tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ sử dụng như một máy phát điện Như vậy điện áp đặt trên động cơ sẽ bao gồm hai thành phần: sức phản điện động và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phản ứng Dòng điện chạy qua động cơ

sẽ được tính theo công thức sau:

2.1.1.5 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện một chiều

Ưu điểm của động cơ điện một chiều:

▪ Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có moment mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động

▪ Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt

▪ Tiết kiệm điện năng

▪ Bền bỉ, tuổi thọ lớn

Nhược điểm của động cơ điện một chiều:

▪ Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên

▪ Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ

▪ Giá thành đắt mà công suất không cao.

Ứng dụng của động cơ điện một chiều cũng rất đa dạng trong mọi lĩnh vực của đời

sống: trong tivi, máy công nghiệp, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo, đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn

2.1.2 Khối Encoder

2.1.2.1 Khái niệm

Encoder là thành phần quan trọng của động cơ, giúp chúng ta đọc được tốc độ và vị

trí của động cơ, nhờ các xung vuông có tần số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ của động

cơ

2.1.2.2 Nguyên lí hoạt động

Hình 4 Tín hiệu xung của động cơ

Thông thường Encoder có 2 tín hiệu xung A và B giúp chúng ta xác định chiều quay

của động cơ Tín hiệu khe Z là tín hiệu chỉ xuất ra khi động cơ quay được một vòng

Để xác định chiều quay của động cơ Hai pha A và B có nhiệm vụ thu tín hiệu A

và B sẽ tạo ra các xung vuông bật tắt theo trình tự Sự chênh lệch tần số xung giữa A

và B ta có thể phân biệt được chiều quay của động cơ

Pha A có chu kỳ trước pha B Ta quy ước đó là chiều thuận và ngược lại

Encoder thường có 6 dây hoặc 4 dây tùy loại Các dây bao gồm: 2 dây nguồn, 2 dây pha A và B, 1 dây pha Z Dựa vào 2 dây A và B ta xác định được số vòng quay, vận

tốc, chiều quay của động cơ

2.1.2.3 Sơ đồ mạch

Hình 5 Sơ đồ mạch khối động cơ - Encoder

Như đã trình bày ở khối PID, ta có đầu vào của hệ thống là nguồn điện áp (V) cấp

cho phần ứng của động cơ, còn đầu ra là tốc độ quay của trục 𝜃 Rôto và trục được giả định là cứng Ta thêm một mô hình ma sát nhớt, nghĩa là, mômen ma sát tỷ lệ với vận tốc góc của trục [10]

Các thông số vật lý cho mô phỏng là:

(J) mômen quán tính của rôto 0,01 kg.m ^ 2

(b) hằng số ma sát nhớt động cơ 0,1 Nms

(Ke) hằng số sức điện động 0,01 V / rad / giây

(Kt) hằng số mô-men xoắn động cơ 0,01 Nm / Amp

(R) điện trở 12 Ohm

(L) điện cảm 0,5 H

2.1.2.4 Công thức tính toán

Mômen tạo ra bởi động cơ điện một chiều tỷ lệ với dòng điện phần ứng và cường

độ của từ trường Trong mạch này, chúng ta sẽ giả định rằng từ trường là không đổi và

do đó, mômen động cơ chỉ tỷ lệ với dòng điện phần ứng 𝑖 theo một hệ số không đổi 𝐾𝑡 như thể hiện trong phương trình dưới đây Đây được gọi là động cơ điều khiển phần ứng [10]

Từ hình trên, ta có thể suy ra các phương trình điều chỉnh sau đây dựa trên định luật

II Newton và định luật điện áp Kirchhoff

𝐿𝑑𝑖

𝑑𝑡+ 𝑅𝑖 = 𝑉 − 𝐾𝜃̇

(6)

Áp dụng phép biến đổi Laplace, các phương trình hình mẫu trên có thể được biểu diễn dưới dạng Laplace s

𝑉 )

(9)

2.2 Hệ thống điều khiển PID

2.3.1 Giới thiệu tổng quan bộ điều khiển PID

2.2.1.1 Khái niệm

PID là sự kết hợp của 3 bộ điều khiển: tỉ lệ, tích phân và vi phân, có khả năng điều chỉnh sai số thấp nhất có thể, tăng tốc độ đáp ứng, giảm độ vọt lố, hạn chế sự dao động

Bộ điều khiển PID hay chỉ đơn giản là PID là một kỹ thuật điều khiển quá trình

tham gia vào các hành động xử lý về “tỉ lệ, tích phân và vi phân“ Nghĩa là các tín

hiệu sai số xảy ra sẽ được làm giảm đến mức tối thiểu nhất bởi ảnh hưởng của tác

động tỉ lệ, ảnh hưởng của tác động tích phân và được làm rõ bởi một tốc độ đạt được với tác động vi phân số liệu trước đó [15]

Ứng dụng: Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC, mạch điều khiển thông minh cánh

tay máy (robot), mạch điều khiển đóng mở lò quạt, mạch điều khiển con lắc lò xo,…

2.2.1.2 Cấu tạo

❖ Khâu tỉ lệ

Khâu tỉ lệ (đôi khi còn được gọi là độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị

sai số hiện tại Đáp ứng tỉ lệ có thể được điều chỉnh bằng cách nhân sai số đó với một

t : thời gian hay thời gian tức thời (hiện tại)

Hệ số của khâu tỉ lệ lớn là do thay đổi lớn ở đầu ra mà sai số thay đổi nhỏ Nếu hệ

số của khâu tỉ lệ quá cao, hệ thống sẽ không ổn định Ngược lại, hệ số nhỏ là do đáp

ứng đầu ra nhỏ trong khi sai số đầu vào lớn, và làm cho bộ điều khiển kém nhạy, hoặc đáp ứng chậm Nếu Hệ số của khâu tỉ lệ quá thấp, tác động điều khiển có thể sẽ quá bé khi đáp ứng với các nhiễu của hệ thống [14]

❖ Khâu tích phân

Phân phối của khâu tích phân tỉ lệ thuận với cả biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy ra sai số Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉnh trước đó Tích lũy sai số sau đó được nhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển Biên độ phân phối của khâu tích phân trên tất cả

Thừa số tích phân được cho bởi

Iout = Ki∫ e(τ)dτ

t 0

ft: thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại)

𝜏: một biến tích phân trung gian

Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) sẽ tăng dốc chuyển động của quá trình tới điểm đặt và khử số dư sai số ổn định với một tỉ lệ chỉ phụ thuộc vào bộ điều khiển Tuy nhiên, vì khâu tích phân là đáp ứng của sai số tích lũy trong quá khứ, nó có thể khiến giá trị hiện tại vọt lố qua giá trị đặt (ngang qua điểm đặt và tạo ra một độ lệch với các hướng khác) [14]

❖ Khâu vi phân

Tốc độ thay đổi của sai số quá trình được tính toán bằng cách xác định độ dốc của sai số theo thời gian (tức là đạo hàm bậc một theo thời gian) và nhân tốc độ này với độ lợi tỉ lệ 𝐾𝑑

Thừa số vi phân được cho bởi:

𝐷𝑜𝑢𝑡 = 𝐾𝑑 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡)

(12) Trong đó

𝐷𝑜𝑢𝑡: thừa số vi phân của đầu ra

𝐾𝑑: độ lợi vi phân, một thông số điều chỉnh

𝑒: Sai số = SP-PV

t : thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại)

Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi của đầu ra bộ điều khiển và đặc tính này là đang chú ý nhất để đạt tới điểm đặt của bộ điều khiển Từ đó, điều khiển vi phân được

sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố được tạo ra bởi thành phần tích phân và tăng cường

độ ổn định của bộ điều khiển hỗn hợp Tuy nhiên, phép vi phân của một tín hiệu sẽ khuếch đại nhiễu và do đó khâu này sẽ nhạy hơn đối với nhiễu trong sai số, và có thể khiến quá trình trở nên không ổn định nếu nhiễu và độ lợi vi phân đủ lớn Do đó một xấp xỉ của bộ vi sai với băng thông giới hạn thường được sử dụng hơn Chẳng hạn như mạch bù sớm pha [14]

2.2.1.3 Các thông số điều chỉnh PID

Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân được cộng lại với nhau để tính toán đầu ra của bộ điều khiển PID Định nghĩa rằng là đầu ra của bộ điều khiển, biểu thức cuối cùng của giải thuật PID là:

𝑢(𝑡) = 𝑀𝑉(𝑡) = 𝐾𝑝𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖∫ 𝑒(𝜏)𝑑𝜏+𝐾𝑑 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡)

𝑡 0

(13)

trong đó các thông số điều chỉnh là:

Độ lợi tỉ lệ, 𝑲𝑷: giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn, bù

khâu tỉ lệ càng lớn Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dẫn đến quá trình mất ổn định và

dao động

Đổi lại là độ vọt lố càng lớn: bất kỳ sai số âm nào được tích phân trong suốt đáp ứng quá độ phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới trạng thái ổn

định

ứng quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi phân sai số

2.2.2 Sơ đồ khối

Hình 6 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID

2.2.3 Sơ đồ mạch

Hình 7 Sơ đồ mạch bộ điều khiển PID

❖ Chức năng của từng bộ điều khiển trong PID:

▪ Khâu tỷ lệ (P): là khâu đáp ứng tức thời có tín hiệu đầu ra tỷ lệ tuyến tính với sai lệch Có nhược điểm là độ vọt lố và độ dao động cao

▪ Khâu tích phân (I): hay còn gọi là khâu trễ Hoạt động dựa trên việc tổng hợp sai

số quá khứ Có ưu điểm là triệt tiêu sai lệc

▪ Khâu vi phân (D): có khả năng dự đoán các sai số tương lai Thích ứng nhanh với

sự thay đổi , tốc độ sai lệch thay đổi càng lớn thì tín hiệu đầu ra cang lớn với mục đích chống lại sai lệch Có ưu điểm là làm giảm độ vọt

❖ Chất lượng của bộ PID là các yếu tố: [1]

𝑍1

𝑍2

−

2.2.4 Các bước thiết kế khối PID dựa vào thông số động cơ cho trước

Bước 1: Xác định thông số động cơ

Ta có đầu vào của hệ thống là nguồn điện áp (V) cấp cho phần ứng của động cơ, còn đầu ra là tốc độ quay của trục 𝜃 Rôto và trục được giả định là cứng Ta thêm một

mô hình ma sát nhớt, nghĩa là, mômen ma sát tỷ lệ với vận tốc góc của trục

Các thông số vật lý cho ví dụ là:

(J) mômen quán tính của rôto 0,01 kg.m ^ 2

(b) hằng số ma sát nhớt động cơ 0,1 Nms

(Ke) hằng số sức điện động 0,01 V / rad / giây

(Kt) hằng số mô-men xoắn động cơ 0,01 Nm / Amp

(R) điện trở 12 Ohm

(L) điện cảm 0,5 H [9]

Bước 2: Xây dựng mô hình động cơ với Simulink:

Hệ thống này sẽ được mô hình hóa bằng cách tổng hợp các mô-men xoắn tác dụng lên quán tính của rôto và tích phân gia tốc để đưa ra vận tốc Ngoài ra, định luật Kirchoff

sẽ được áp dụng cho mạch phần ứng Đầu tiên, ta sẽ lập mô hình tích phân của gia tốc quay và tốc độ thay đổi của dòng điện phần ứng

▪ Chèn một khối “Intergrator” từ thư viện Simulink/ Continuous và vẽ các đường đến

và từ các thiết bị đầu cuối đầu vào và đầu ra của nó

▪ Gắn nhãn dòng đầu vào "d2 / dt2 (theta)" và dòng đầu ra "d / dt (theta)" như hình dưới đây Để thêm một nhãn như vậy, hãy nhấp đúp vào khoảng trống ngay bên dưới dòng

▪ Chèn một khối “Intergrator” khác lên trên khối trước đó và vẽ các đường đến và từ các thiết bị đầu cuối đầu vào và đầu ra của nó

▪ Gắn nhãn dòng đầu vào "d / dt (i)" và dòng đầu ra "i"

Tiếp theo, ta sẽ áp dụng định luật Newton và định luật Kirchoff vào hệ động cơ để tạo ra các phương trình sau:

Gia tốc góc bằng 1/J nhân với tổng của hai số hạng (một dương, một âm) Tương

tự, đạo hàm của dòng điện bằng 1/L nhân với tổng của ba số hạng (một dương, hai

âm) Tiếp tục lập mô hình các phương trình này trong Simulink, ta làm theo các bước dưới đây

▪ Chèn hai khối “Gain” từ thư viện Simulink / Math Operations, một khối được đính kèm vào mỗi bộ tích hợp

▪ Chỉnh sửa khối “Gain” tương ứng với gia tốc góc bằng cách nhấp đúp vào nó và thay đổi giá trị của nó thành "1/J"

▪ Thay đổi nhãn của khối “Gain” này thành “Inertia” bằng cách nhấp vào từ “Gain” bên dưới khối

▪ Tương tự, chỉnh sửa giá trị của “Gain” khác thành "1/L" và nhãn của nó thành

▪ Chỉnh sửa dấu của khối khác “Add 1” khối thành "- + -" để biểu diễn dấu của các

số hạng trong phương trình điện

Bây giờ, ta sẽ thêm vào các mômen được biểu diễn trong phương trình quay Đầu tiên, ta sẽ thêm vào mô-men xoắn giảm chấn

▪ Chèn khối “Gain” bên dưới khối “Inertia” Tiếp theo, nhấp chuột phải vào khối và

chọn Rotate & Flip> Flip Block từ menu kết quả để lật khối từ trái sang phải

▪ Đặt giá trị “Gain” thành “b” và đổi tên khối này thành “Damping”

▪ Kết nối đầu ra của “Intergrator 1” với đầu vào của khối “Damping”

▪ Vẽ một đường thẳng từ đầu ra của khối "“Damping” đến đầu vào âm của khối

“Add”

Tiếp theo, ta sẽ thêm mômen quay từ phần ứng

▪ Chèn một khối “Gain” được nối với đầu vào tích cực (+) của khối “Add1”

▪ Chỉnh sửa giá trị của nó thành “K” để đại diện cho hằng số động cơ và gắn nhãn là

“Kt”

▪ Tiếp tục vẽ đường dẫn từ khối “Intergrator” và kết nối nó với khối “Kt”

Bây giờ, ta sẽ thêm các thuật ngữ điện áp được biểu diễn trong phương trình điện Đầu tiên, ta sẽ thêm điện áp rơi trên điện trở phần ứng

▪ Chèn một khối “Gain” lên phía trên khối “Inductance” và lật nó từ trái sang phải

▪ Đặt giá trị “Gain” thành “R” và đổi tên khối này thành “Resistance”

▪ Nhấn vào một dòng bên ngoài đầu ra của khối “Intergrator” và kết nối nó với đầu vào của khối “Resistance”

▪ Vẽ một đường thẳng từ đầu ra của khối “Resistance” đến đầu vào âm trên của khối

“Add”

Tiếp theo, ta sẽ thêm vào sức phản kháng điện động từ động cơ

▪ Chèn một khối “Gain” được gắn vào đầu vào âm còn lại của khối khối “Add” bằng

1 đường nối

▪ Chỉnh sửa giá trị của nó thành “K” để đại diện cho động cơ hằng số sức phản kháng điện động và gắn nhãn là “Ke”

▪ Kết nối đầu ra của khối “Intergrator 1” với đầu vào của khối “Ke” vừa tạo

▪ Thêm các khối In1 và Out1 từ thư viện Simulink / Ports & Subsystems và gắn nhãn tương ứng cho chúng là "Điện áp" và "Tốc độ" [9]

Ta lưu tất cả các thành phần này dưới dạng một khối hệ thống con bằng cách chọn

tất cả các khối, sau đó chọn “Create Subsystem from Selection” sau khi nhấp chuột

phải vào phần đã chọn Đặt tên cho hệ thống con là “DC” và sau đó lưu mô hình

Hình 8 Mô phỏng khối động cơ trong Simulink/ Matlab Bước 3: Thực nghiệm thông số bộ điều khiển PID với tốc độ quay của động cơ dựa trên

hệ thống động cơ đã được tạo ở bước 2

▪ Chèn 1 bộ điều khiển “PID(s)”, sau đó kết nối đầu ra của bộ điều khiển với đầu vào

hệ thống động cơ “DC”

▪ Chèn 1 bộ cộng “sum” và chỉnh sửa dấu thành “|+-”, kết nối đầu ra của bộ cộng với đầu vào của “PID”

▪ Vẽ đường kết nối ngõ ra của hệ thống động cơ với đầu âm của bộ cộng

▪ Chèn 1 ngõ vào “Step” để tạo 1 đoạn nấc cho động cơ chạy trong 1 khoảng thời gian ngắn để lấy tín hiệu

▪ Kết nối “Step” với đầu dương của bộ cộng

▪ Chèn 1 khối “Scope” vào hệ thống để quan sát đáp ứng

▪ Chèn 1 khối “Mux” vào để hợp 2 kênh ngõ vào, 1 ngõ vào kết nối với ngõ ra của

“Step”, 1 ngõ vào kết nối với ngõ ra của hệ thống động cơ “DC”

▪ Kênh ngõ ra của “Mux” được kết nối với “Scope”

Hình 9 Mô phỏng bộ điều khiển PID động cơ một chiều DC trong Simulink/ Matlab

2.3 Khối nguồn (mạch nguồn)

2.3.1 Khái niệm mạch nguồn

Mạch nguồn được coi là mạch cấp nguồn điện cho toàn bộ mạch

Hiện nay có rất nhiều thiết bị sử dụng nguồn điện 1 chiều Nhưng loại điện chúng ta

sử dụng hiện nay là điện 220V Vì vậy ,các thiết bị có thể sử dụng được nguồn điện này thì dùng mạch nguồn là phương pháp tốt nhất [16]

2.3.2 Ứng dụng của mạch nguồn

Ngày nay, mạch nguồn được ứng dụng vào rất nhiều thiết bị điện Ví dụ như là mạch nguồn dùng trong ổn áp dùng transistor, mạch phát tín hiệu nhạc, kết hợp với IC ráp nguồn có tính ổn áp, mạch dao động sóng sin, mạch khuếch đại ống nói [16]

2.3.3 Các loại mạch nguồn

Có rất nhiều loại mạch nguồn trên thị trường có rất nhiều loại mạch nguồn, nhưng tất

cả các loại đều có nguyên lý chung là biến đổi điện áp đầu vào để cho được điện áp đầu

ra thích hợp với từng yêu cầu [16]

2.3.4 Công thức tính toán các giá trị linh kiện

1 +𝑅𝑅1

) 𝑉1− 𝑉2

(26)

2.3.4.2 Mạch khuếch đại không đảo

Điện áp ra cùng pha với điện áp vào và được khuếch đại:

PWM là một loại tín hiệu có thể được tạo ra từ một vi mạch kỹ thuật số như vi điều

khiển hoặc bộ định thời 555 Do đó, tín hiệu được tạo ra sẽ có một nhóm các xung và các

xung này sẽ ở dạng một sóng vuông Có nghĩa là, tại bất kỳ thời điểm cụ thể nào, sóng

sẽ cao hoặc sẽ thấp Để dễ hiểu, ta sẽ xem xét tín hiệu 5V PWM, trong trường hợp này tín hiệu PWM sẽ là 5V (cao) hoặc ở mức mặt đất 0V (thấp) Khoảng thời gian mà tín hiệu duy trì ở mức cao được gọi là “đúng giờ” và khoảng thời gian tín hiệu duy trì ở mức thấp được gọi là “thời gian tắt”

Điều chế độ rộng xung (PWM) là một kỹ thuật điều khiển dòng điện tiện lợi cho phép

kiểm soát tốc độ của động cơ, sản lượng nhiệt của máy sưởi Đặc biệt là kỹ thuật này giúp tiết kiệm năng lượng, cắt giảm được mức tiêu thụ điện của các thiết bị sử dụng đông

cơ như máy điều hòa không khí biến tần, tủ lạnh biến tần, máy giặt biến tần, trong số nhiều thiết bị khác

Mạch điều chế độ rộng xung (PWM) là mạch thay đổi độ rộng của xung, nói cách

khác là mạch điều chỉnh điện áp ra tải hay có thể nói cơ chế hoạt động của mạch dựa trên sự thay đổi tỷ lệ phần trăm xung vuông ở mức cao dẫn đến việc thay đổi điện áp

[17]

Hình 10 Sơ đồ thay đổi độ rộng xung

Ta gọi: Độ rộng của chuỗi xung là D, biên độ điện áp của chuỗi xung là Umax Từ

đó ta có công thức tính độ rộng (D) như sau:

𝐷 = 𝑡1

𝑇 × 100%

(28) Điện áp qua tải sẽ bằng:

𝑈𝑡 = 𝑈𝑚𝑎𝑥 × 𝐷 (29) Giả sử ta có các chuỗi xung có độ rộng xung lần lượt như Hình 10 thì điện áp hiệu dụng đo được trên tải lần lượt sẽ là:

Về khả năng hoạt động: hoạt động hiệu quả lên đến 90%, khả năng tạo ra nhiễu thấp,

biên độ tần số có thể được kiểm soát độc lập, công suất xử lý năng lượng cao, có thể sử

dụng ở tần số rất cao

Về tính chất vật lý: mạch này không phát sinh nhiệt lớn trong quá trình hoạt động,

tiết kiệm năng lượng

Về vấn đề xã hội: mạch PWM tiêu thụ ít điện năng so với các loại mạch cùng ứng

dụng và hơn nữa nó còn tiết kiệm chi phí cho việc sử dụng

2.4.2.2 Nhược điểm

Mạch phức tạp với nhiều khối nhỏ bên trong, có thể gây ra đột biến điện áp, nhiễu tần số

vô tuyến, tiếng ồn điện tử Ngoài ra, Mạch PWM còn bị suy hao chuyển mạch do tần số

PWM cao và công suất tức thời của máy phát thay đổi [17]

2.4.3 Ứng dụng của mạch PWM

Được ứng dụng phổ biến và rộng rãi trong các ngành công nghiệp như điều khiển tốc

độ động cơ, điều khiển độ sáng của đèn, các hệ thống âm thanh, trong các biến tần Ngoài ra, khi sử dụng kỹ thuật PWM và cơ chế chuyển mạch, ta có thể điều khiển các tín hiệu tương tự bằng cách sử dụng tín hiệu số

2.4.4 Cách điều chế PWM

Điều chế độ rộng xung (PWM) nói chính xác là điều chỉnh điện áp ra tải hoặc còn gọi

là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra

Ta thực hiện điều chế PWM bằng cách sử dụng IC LM555 để tạo một xung vuông với chu kì có thể thay đổi được, tiếp theo ta sử dụng khâu tích phân để biến đổi xung vuông từ mạch IC555 sang dạng xung tam giác Cuối cùng, ta sử dụng một opamp so sánh với hai tín hiệu đầu vào là một giá trị điện áp và xung tam giác được tạo ra trước đó

để điều chế được đầu ra là PWM

2.4.4.1 Mạch dao động đa hài sử dụng IC LM555

Đây là mạch tạo xung mà không cần bất cứ sự kích hoạt từ các tín hiệu khác

Hình 11 Sơ đồ chân IC LM555

Tụ điện 0.01uF được kết nối với chân VC( chân cực điện áp điều khiển) thực ra không cần sử dụng Tụ điện này sử dụng nhằm để tránh các vấn đề nhiễu có thể phát sinh trong mạch nếu chân đó bị hở

Mạch trên có thể được sử dụng để tạo ra sóng vuông, trong đó thời gian cao (T1) và thời gian thấp (T2) có thể được tính toán Sóng đầu ra thu được từ chân 3 được hiển thị với các dấu hiệu sau:

Hình 12 Sơ đồ tín hiệu xung của IC LM555

Trục thời gian T được đo bằng giây và trục điện áp được đo bằng Vôn Các mức thời gian có thể được tính bằng cách sử dụng các giá trị của các thành phần R1, R2 và

C được hiển thị trên sơ đồ mạch trên

Ta có các công thức tính như sau:

Thời gian thấp nhấp (T1) 0,693 × (𝑅1+ 𝑅2) × 𝐶 s

Thời gian cao nhất (T2) 0,693 × 𝑅2× 𝐶 s

Khoảng thời gian (T) 0,693 × (𝑅1+ 2𝑅2) × 𝐶 s

- Tăng R1 sẽ tăng thời gian cao T1 nhưng sẽ không làm thay đổi thời gian thấp T2

- Tăng R2 sẽ tăng thời gian cao T1 và cũng tăng thời gian thấp T2

- Vì vậy, luôn đặt T2 rồi mới đặt T1

- Tăng T2 sẽ làm giảm chu kì xung ⇒ tần số F tăng

2.4.4.2 Mạch tạo xung tam giác

Phần tiếp theo của bộ tạo xung tam giác là bộ tích hợp opamp Thay vì sử dụng một

bộ tích hợp RC thụ động đơn giản thì ta sử dụng một bộ tích hợp hoạt động dựa trên opamp

Điện trở R10 kết hợp với R9 thiết lập độ lợi của bộ tích hợp và điện trở R10 kết hợp với tụ C6 đặt băng thông Tín hiệu sóng vuông được áp dụng cho đầu vào đảo của opamp thông qua điện trở đầu vào R9 Phần tích hợp opamp của mạch được hiển thị trong hình sau:

Hình 13 Sơ đồ mạch khối tạo xung tam giác

10𝑘

5𝑘

56𝜇𝐹

1

Giả sử chiều dương của sóng vuông được áp dụng đầu tiên cho khâu tích phân Tụ điện cung cấp điện trở rất thấp và tụ C hoạt động giống như ngắn mạch Điện trở phản hồi R10 được kết nối song song với C6 có thể bỏ qua vì R10 có điện trở gần như bằng

0 tại thời điểm này Một lượng dòng điện chạy qua điện trở đầu vào R9 và tụ điện C6

bỏ qua tất cả các dòng điện này Kết quả là điểm [1] đảo ngược của opamp hoạt động giống như một mặt đất ảo bởi vì tất cả dòng điện chạy vào nó đều bị tụ C6 rút cạn Độ lợi của toàn bộ mạch lúc này sẽ rất thấp và toàn bộ độ lợi điện áp của mạch sẽ gần bằng

0

Sau lần khởi động đầu tiên này, tụ điện bắt đầu sạc và tạo ra sự đối lập với dòng điện đầu vào chạy qua điện trở đầu vào R9 Phản hồi âm buộc opamp tạo ra điện áp ở ngoài để nó duy trì mặt đất ảo ở đầu vào đảo ngược Vì tụ điện đang sạc trở kháng của

nó, giá trị 𝑋𝐶6

𝑅9 tiếp tục tăng Điều này dẫn đến đầu ra của opamp tăng theo tỉ lệ với hằng

số thời gian RC:

và biên độ tăng cho đến khi tụ được sạc đầy Mối quan hệ giữa điện áp đầu vào và điện

áp đầu ra được như sau:

Tần số chuẩn của xung đầu ra được quyết định bởi thời gian RC Một nửa chu kỳ chính là thời gian nạp RxC và Chu kỳ đầy đủ là gấp đôi thời gian RxC Tức Chu kỳ = Thời gian nạp RC + thời gian xả RC Từ đó, ta có công thức tính tần số:

Mạch khuếch đại tín hiệu xung tam giác sử dụng BC547:

Có nhiều cách để khuếch đại một tín hiệu như dùng Transistor, opamp để khếch đại một giá trị phù hợp với đáp ứng tín hiệu của mạch Thông thường, ta sử dụng BJT để khuếch đại tín hiệu:

Thực hiện mắc theo kiểu B chung như mạch:

Hình 14 Sơ đồ mạch khuếch đại dùng BC547

Sơ đồ mạch khuếch đại B chung tín hiệu đầu vào được đưa vào cực E và lấy ra ở trên cực Cực B nối đất chung với mass về mặt tín hiệu xoay chiều qua tụ Cb Điện trở

Rb làm nhiệm vụ tạo dòng phân cực Ib sao cho BJT làm việc ở chế độ khuếch đại.Tụ

Cb và Cc có nhiệm vụ tách tín hiệu xoay chiều cho mạch

Từ sơ đồ, xét chế độ phân cực tĩnh ta có các phương trình sau:

Đặc tính của mạch khuếch đại B chung:

- Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào

so sánh trên xung tam giác nhằm mục đích xác định mức công suất điều chế

Ta có sơ đồ mạch so sánh như sau: