Giáo trình Điện tử cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Giáo trình Điện tử cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/môn học của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng nghề, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo. Giáo trình kết cấu gồm 9 bài và chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: tranzitor trường; một số linh kiện đặc biệt; mạch nguồn 1 chiều; mạch khuếch đại tín hiệu; khuếch đại thuật toán;... Mời các bạn cùng tham khảo!

BÀI 5: TRANSISTOR TRƯỜNG

Mã bài: MĐ14.05 Giới thiệu:

Bài học giới thiệu về transistor trường JFET, MOSFET về cấu tạo, ký hiệu, đặc tuyến và các mạch cơ bản

Mục tiêu:

- Trình bày được cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của transistor trường

- Trình bày đúng các đặc tuyến, thông số cơ bản của transistor trường

- Trình bày đúng các kiểu mắc mạch, các đặc tính cơ bản của các kiểu mạch transistor trường

- Lắp ráp, hiệu chỉnh được các kiểu mạch của transistor trường

ra được tăng b ng cách tăng điện áp ở lối vào mà không đòi hỏi dòng điện Vậy

ở loại này điện áp sẽ tạo ra một trường và trường này tạo ra một dòng điện ở lối

ra

Field Effect Transistor (FET)

FET có hai loại: JFET và MOSFET

JFET được gọi là FET nối hay thường gọi là FET

1.1 JFET

1.1.1 Cấu tạo

Hình 5.1 Cấu tạo của JFET kênh N và P Nếu so sánh với BJT, ta thấy: cực thoát D tương đương với cực thu C, cực nguồn S tương đương với cực phát E và cực cổng G tương đương với cực nền B JFET kênh N tương đương với transistor NPN

JFET kênh P tương đương với transistor PNP

Hình 5.2 Sơ đồ chân tương đương JFET với transistor BJT

Cũng giống như transistor NPN được sử dụng thông dụng hơn transistor PNP do dùng tốt hơn ở tần số cao JFET kênh N cũng thông dụng hơn JFET kênh P với cùng một lý do

1.1.2 Nguyên lý hoạt động

Về cơ bản nguyên lý hoạt động của 2 loại JFET tương đối giống nhau, chỉ

tiếp xúc P-N phân cực ngược Nguồn UDS làm cho các hạt dẫn đa số chuyển động từ cực nguồn S về cực máng D => tạo dòng ID trong mạch cực máng

Hình 5.3 Mạch FET kênh N và kênh P

- Ta xét JFET kênh N:

Hình 5.4 Mạch FET kênh N

 Điện áp VGG đặt tới cực G và S để phân cực ngược cho tiếp giáp P-N Điện áp VDD đặt tới D và S để tạo ra dòng điện chảy trong kênh dẫn

giáp P-N được mở rộng ra chủ yếu về phía kênh dẫn, điều này làm kênh hẹp lại hơn do đó điện trở kênh dẫn tăng lên và dòng qua kênh dẫn giảm

đi Với cách phân cực trên thì điện áp phân cực giữa G và D lớn hơn điện

áp phân cực ngược giữa G và S làm cho vùng nghèo mở rộng không đều

Hình 5.5 Nguyên lý hoạt động của FET kênh N

1.2 MOSFET

1.2.1 Cấu tạo

Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field

Effect Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết Mosfet thường có công suất lớn hơn rất

nhiều so với BJT Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng

mở Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng

điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu

Hình 5.6 Cấu tạo của MOSFET kênh N Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N

Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô

cùng lớn, còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS)

Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng

từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ

+ Chân D tương đương với chân C

+ Chân S tương đương với E

1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở Do là một phần tử với các hạt mang điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao Nhưng mà để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng Mạch điện tương đương của Mosfet Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó

Ở đây tôi không nói rõ chi tiết cấu trúc bán dẫn của nó để nó đóng hoặc mở Các bạn hiểu như sau:

+ Đối với kênh P: Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs<0 Dòng điện sẽ đi từ S đến D

+ Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0 Điện áp điều khiển đóng là Ugs<=0 Dòng điện sẽ đi từ D xuống S

Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất người ta thường : Đối với Mosfet Kênh N điện áp khóa là Ugs = 0 V còn Kênh P thì Ugs  0

Hình 5.8 Mạch thí nghiệm nguyên lý hoạt động của MOSFET

Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa là không

có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện

Khi công tắc K đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V  đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng

Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên Q1 khóa ==>Bóng đèn tắt

=> Từ thực nghiệm trên ta thấy r ng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng

GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho điện trở RDS giảm xuống

Hình 5.9 Phân cực với điện áp VDD

Hình 5.10 Đường đặc tính của JFETTăng dần VDD thì VDS tăng và ID tăng tuyến tính theo Khi tăng VDD thì vùng nghèo có xu hướng rộng ra, tuy nhiên khi VDD chưa đủ lớn thì bề rộng của vùng nghèo chưa đủ rộng để gây ảnh hưởng tới ID => ID và VDS có mối quan hệ tuyến tính khi VDD đủ nhỏ Mối quan hệ này thể hiện ở đặc tuyến ra A → B (Miền OHM)

- VDD đủ lớn, khi đó VDS đủ lớn, lúc này bề rộng vùng nghèo bắt đầu gây ảnh hưởng dòng ID Nó kiềm hãm sự tăng của dòng ID trước sự tăng của VDS Mối quan hệ này thể hiện ở đặc tuyến ra B → C (Miền không đổi)

- VDD tiếp tục tăng đến giá trị đủ lớn để đánh thủng tiếp giáp P-N thì ID tăng đột ngột theo VDS, miền này gọi là miền đánh thủng; JFET làm việc ở chế độ này sẽ

bị hỏng

• Đặc tuyến truyền đạt:

Ta thấy VGS(0 → VGS off) điều khiển dòng ID Với JFET kênh N VGS off < 0, JFET kênh P VGS off > 0 Đồ thị thể hiện mối quan hệ VGS và ID là đặc tuyến truyền đạt, có dạng:

Hình 5.11 Đặc tính truyền đạt JFET kênh N Đường cong này chính là đặc tuyến truyền đạt của JFET kênh N, cho ta biết giới hạn hoạt động của JFET

3 Thực hành

Mục tiêu:

- Nhận dạng và phân loại được JFET và MOSFET

- Kiểm tra được chất lượng của JFET và MOSFET

Chuẩn bị: Một đồng hồ vạn năng với 2 que đo, để đồng hồ thang x1KΩ, kiểm tra dây đo còn tốt, dụng cụ kẹp linh kiện cố định hay miếng lót cách điện Trước khi đo Mosfet – FET (FET) dùng dây dẫn hay tô vít nối tắt 3 chân của MosFet – FET lại để khử hết điện tích trên các chân (lý do FET là linh kiện rất nhạy cảm, điện tích trên các chân có thể ảnh hưởng đến kết quả đo)

 Mosfet – Fet còn tốt thì kết quả đo sẽ như sau:

Hình 5.12 Đo giữa G và S Bước 1: Đo giữa G và S cả hai chiều kim không lên (tiếp giáp GS chưa bị thủng)

Hình 5.13 Đo giữa G và D Bước 2 Đo giữa G và D cả hai chiều kim không lên (tiếp giáp G D chưa bị

Hình 5.15 Đo giữa chân D và S Bước 4 Đo giữa D và S (Sau khi G đã thoát điện cực G thì ) có một chiều kim không lên (có đảo que đo) (Hình 5.15)

 Các trường hợp sau là Mosfet – Fet bị hỏng

Đo giữa G và S kim lên => là chập G S

Đo giữa G và D kim lên là chập G D

Dùng tô vít chập chân G D để thoát điện tích chân G

Đo giữa D và S kim vẫn lên sau khi đã thoát điện cực G là bị chập DS

BÀI 6: MỘT SỐ LINH KIỆN ĐẶC BIỆT

Mã bài: MĐ14.06 Giới thiệu:

Bài học giới thiệu về các linh kiện đặc biệt được ứng dụng rất nhiều trong các mạch điện tử điều khiển

Diode quang hay Photodiode là một loại Diode bán dẫn thực hiện chuyển

đổi photon thành điện tích theo hiệu ứng quang điện

Các photon có thể là ở vùng phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại, tia X,

tia gamma Khi photon xâm nhập lớp hoạt động của photodiode là tiếp giáp

p-n hoặc cấu trúc PIN, sẽ tạo ra điệp-n tích làm phát sip-nh dòp-ng điệp-n Tùy theo cách

thức chế tạo, mà dòng điện này nhỏ và photodiode dùng làm cảm biến photon, hay dòng điện đủ lớn để làm nguồn điện như trong pin mặt trời

Hình 6.1 Cảm biến photodiode

Cảm biến photodiode có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện tử, đặc biệt là các

thiết bị đo đạc, giám sát, truyền dẫn thông tin, điều khiển,…

bị hấp thụ, và theo hiệu ứng quang điện tạo ra cặp điện tử-lỗ trống Nếu hấp thụ

xảy ra trong vùng nghèo của tiếp giáp hoặc vùng khuếch tán, điện trường của

vùng nghèo làm các hạt mang điện dịch chuyển, lỗ trống về anode còn điện tử

về cathode, làm phát sinh dòng điện

Thông thường thì diode có dòng điện dò, ở photodiode gọi là dòng tối, là

dòng khi không có photon chiếu vào Dòng điện qua photodiode là tổng của dòng quang điện và dòng dò Để tăng độ nhạy cảm biến thì công nghệ chế tạo phải hạn chế được dòng dò

Hiệu ứng quang điện là hiện tượng gắn liền với chất bán dẫn, nên khi chế các linh kiện không hoạt động với photon thì phải bố trí che ánh sáng đi Các che chắn không phải là tuyệt hoàn hảo, nên máy điện tử có thể lỗi hoặc hỏng khi vào vùng nhiễu cao, chẳng hạn vùng chiếu tia X, tia gamma mạnh hay trong vũ trụ

Hình 6.2 Điốt quang ứng dụng trong sản xuất đèn chiếu sáng

1.2 Tranzitor quang

Mục tiêu:

- Cấu tạo của transistor quang

- Nguyên lý hoạt động của transistor quang

Khi cực nền để hở, nối nền-phát được phân cực thuậnchút ít do các dòng điện rỉ (điện thế VBE lúc đó khoảng vài chục mV ở transistor Si) và nối thu-nền được phân cực nghịch nên transistor ở vùng tác động

Vì nối thu-nền được phân cực nghịch nên có dòng rỉ Ico chạy giữa cực thu và cực nền Vì cực nền bỏ trống, nối nền-phát được phân cực thuận chút ít nên dòng điện cực thu là Ico(1+β) Đây là dòng tối của quang transistor

Hình 6.4 Ký hiệu, cấu tạo và đặc tính làm việc của transistor quang

Khi có ánh sáng chiếu vào mối nối thu nền thì sự xuất hiện của các cặp điện tử và lỗ trống như trong quang diode làm phát sinh một dòng điện Iλ do ánh sáng nên dòng điện thu trở thành: IC=(β+1)(Ico+Iλ)

Như vậy, trong quang transistor, cả dòng tối lẫn dòng chiếu sáng đều được nhân lên (β+1) lần so với quang diode nên dễ dàng sử dụng hơn Hình 6.4 trình bày đặc tính V-I của quang transistor với quang thông là một thông số Ta thấy đặc tuyến này giống như đặc tuyến của transistor thường mắc theo kiểu cực phát chung

2 Các bộ ghép quang

2.1 Điốt – Tranzitor quang

Bộ ghép quang transistor (Opto – transistor)

Hình 6.5 Sơ đồ chân của đi ốt – tranzitor quang Thứ cấp của bộ ghép quang này là phototransistor loại Silic Đối với bộ ghép quang transistor có bốn chân thì transistor không có cực B Trường hợp bộ ghép quang có sáu chân thì cực B được nối ra ngoài như hình 6.5

Bộ ghép quang không có cực B có lợi điểm là hệ số truyền đạt lớn, tuy nhiên loại này có nhược điểm là độ ổn định nhiệt kém

Các bộ ghép quang thường được chế tạo dưới dạng IC cho phép cách ly phần điện công suất mà thường là cao thế khỏi mạch điều khiển tinh vi ở phía LED Đây là một ưu điểm rất lớn của nối quang

2.2 Triac quang

2.2.1 Cấu tạo

Hình 6.6 Cấu tạo triac quang

Triac quang có 4 chân, là một linh kiện bán dẫn có 3 cực 5 lớp bán dẫn, làm việc như hai thysistor mắc song song ngược chiều nhau, có thể dẫn điện theo hai chiều Cụ thể cấu tạo chúng như sau:

- Triac quang là sự kết hợp giữa photo quang và triac trong một linh kiện duy nhất

- Chân 1 và 2 được nối đến các cực T1 và T2 của triac công suất trong triac quang

- Chân 3 và 4 được nối đến đi ốt phát quang thông qua một điện trở khoảng 2K

- Bên thu quang là một triac thu quang, triac này có 2 cực T1 và T2, trong đó T2 của triac thu quang nối với cực G của triac công suất

- Điện áp điều khiển đi vào đi ốt phát quang là 9V đến 12V, bên phía triac công suất khi đó sẽ cho dòng điện xoay chiều đi qua như một công tắc điện từ (rơ le)

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 6.7 Triac không được dẫn khi công tắc mở

Hình 6.8 Triac dẫn điện công tắc đóng

- Triac quang có thể được sử dụng để thay thế cho một rơ le hoặc một mạch điện kết hợp giữa photo quang và triac

- Từ nguồn điện 220VAC, người ta đem đấu nối tiếp chân 1 và chân 2 của triac quang với tải tiêu thụ, tải là bóng đèn hoặc mô tơ quạt nóng, quạt lạnh, …

- Khi có điện áp điều khiển, dòng điện đi từ chân 3 qua điện trở 2K, rồi đi qua

đi ốt phát quang làm cho đi ốt phát sáng và chiếu sáng triac thu quang, triac thu quang dẫn sẽ điều khiển cho triac công suất dẫn

- Khi triac công suất dẫn sẽ cho dòng điện xoay chiều đi qua như một công tắc điện từ

3 Vi mạch

3.1 Khái niệm

Mạch tích hợp (Integrated circuit), viết tắt là IC, còn được gọi là vi mạch hoặc chip là những linh kiện điện tử có lõi làm b ng vật liệu bán dẫn Vật liệu bán dẫn có rất nhiều loại nhưng phổ biến là Silicon (Si) và Germanium (Ge) Hiểu đơn giản, vi mạch là mạch điện tử rất nhỏ được đóng gói thành một linh kiện hoàn chỉnh

Hình 6.9 Vi mạch là mạch điện tử rất nhỏ được đóng gói thành một linh kiện

Chân chip (PIN hoặc LEAD) là vật liệu dẫn điện được kết nối đến lõi thông qua các dây dẫn điện, gọi là BOND WIRE Các dây này thường làm b ng vàng

Vỏ là thành phần bao bọc và cố định lõi, dây dẫn và các chân, được làm b ng vật liệu cách điện như nhựa, gốm, thủy tinh,

3.3 Công dụng của IC

IC giúp mạch tích hợp giảm đi các kích thước của mạch điện Đồng thời nhờ vào IC mà độ chính xác của thiết bị tăng lên Đặc biệt công dụng của IC còn tăng lên rất nhiều trong các mạch logic.

Có hai loại IC chính gồm lập trình được và cố định chức năng, không lập trình được Mỗi IC có tính chất riêng về nhiệt độ, điện thế giới hạn, công suất làm việc, được ghi trong bảng thông tin

Hiện nay, công nghệ silicon đang tiến tới những giới hạn của vi mạch tích hợp và các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm ra một loại vật liệu mới có thể thay thế công nghệ silicon này

3.4 Phân loại IC

Ta có thể phân loại IC dựa vào một vài tiêu chí như: tín hiệu xử lí, công nghệ, mức độ tích hợp, công dụng Các IC được thiết kế đa dạng với những đặc điểm khác biệt nhau có thể kể đến

Theo tín hiệu xử lí:

 IC digital: Xử lý các tín hiệu Digital

 IC analog xử lý tín hiệu Analog

 IC hỗn hợp: Xử lý 2 loại tín hiệu trên cùng nhau

 CPU được xem là bộ vi xử lý của máy tính ngày nay

 Memory, bộ nhớ lưu trữ dữ liệu digital

 Công nghệ RFID để giám sát sử dụng cho khóa cửa điện tử chống trộm cao cấp hiện nay

 ASIC với công dụng điều khiên các lò nướng, các thiết bị xe hơi, máy giặt…

 ASSP là sản phẩm tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể tương tự ASIC

 IC cảm biến quá trình như gia tốc, ánh sáng, từ trường, chất độc,…

 DSP xử lí tín hiệu Digital

 ADC và DAC, chuyển đổi analog - digital

 FPGA được cấu hình bởi các IC digital của khách hàng

 Vi điều khiển (microcontroller) chứa tất cả các bộ phận của một máy tính nhỏ

 IC công suất có thể xử lý các dòng hay điện áp lớn

 System-on-a-chip (SoC) là hệ thống trong một chip

BÀI 7: MẠCH NGUỒN 1 CHIỀU

Mã bài: MĐ14.07 Giới thiệu:

Chúng ta biết r ng tất cả các máy móc điện tử đều sử dụng nguồn nuôi là điện áp xoay chiều dân dụng 220V với tiêu chuẩn Nga và châu Âu, 110V với điện áp của Nhật Bản, 120V với điện áp của Mỹ Tuy nhiên hầu hết các mạch điện tử bên trong các thiết bị, máy mọc này lại sử dụng nguồn nuôi một chiều với điện áp 3.3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V, 36V, Câu hỏi đặt ra là làm thế nào mà các mạch điện tử này lấy nguồn nuôi ở đâu trong khi đầu phích cắm của thiết bị lại cắm vào điện áp lưới xoay chiều 220V? Bí mật bên trong các thiết bị điện tử chính là một bo mạch hoặc một khối mạch có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều nhỏ hơn Các bo mạch này còn gọi là bo nguồn một chiều Bài học giới thiệu về sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động của mạch nguồn một chiều

Mục tiêu:

- Trình bày được nhiệm vụ, phân loại mạch nguồn một chiều

- Vẽ và phân tích được sơ đồ mạch điện của bộ nguồn dải hẹp và dải rộng

- Thực hành khảo sát được mạch nguồn một chiều theo đúng yêu cầu kỹ thuật

- Rèn luyện tư duy, tác phong công nghiệp

Nội dung chính:

1 Khái quát chung

1.1 Nhiệm vụ

Các linh kiện điện tử hoạt động với điện áp một chiều ổn định trong khi đó điện

áp cung cấp là điện áp xoay chiều có điện áp không ổn định, ví dụ như ở Việt Nam điện áp lưới danh định là 220V nhưng điện áp đó là không ổn định sẽ có thể dao động từ 150V đến 240V tùy từng giờ cao điểm Các bo mạch nguồn 1 chiều có nhiệm vụ tạo ra một nguồn nuôi có giá trị điện áp ổn định cho dù điện

áp đầu vào biến đổi rất nhiều và không nhiễu để cho các thiết bị điện tử luôn ở trạng thái hoạt động tốt nhất

Hình 7.1 Bộ mạch nguồn xung thực tế

- Nguồn tuyến tính: Kiểu mạch nguồn này khá đơn giản nhưng kích thước khá cồng kềnh vì sử dụng biến áp có kích thước lớn Mặc dù kích thước to nhưng bộ nguồn này cho hiệu suất thấp, giá thành đắt đỏ vì biến áp sử dụng nhiều dây đồng Ưu điểm của bộ nguồn tuyến tính đó là ít nhiễu cao tần, dễ chế tạo và sửa chữa, chất lượng nguồn điện đầu ra cao hơn kiểu nguồn xung

Hình 7.2 Bộ mạch nguồn tuyến tính cổ điển

2 Bộ nguồn dải hẹp

2.1 Sơ đồ khối

Hình 7.3 Sơ đồ bộ nguồn dải hẹp Trong đó:

U~: nguồn xoay chiều

Khối 1: Máy biến áp nguồn

Khối 2: Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển nguồn điện áp xoay chiều thành nguồn một chiều

Khối 3: Mạch lọc nguồn có nhiệm tạo điện áp một chiều ở đầu ra ổn định

Khối 4: Mạch ổn áp có nhiệm vụ ổn định và cải thiện điện áp nguồn

Khối 5: Mạch bảo vệ có chức năng bảo vệ mạch nguồn

2.2 Mạch chỉnh lưu một pha

2.2.1 Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ

Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ sử dụng một Diode mắc nối tiếp với tải tiêu thụ, ở chu kỳ dương => Diode được phân cực thuận do đó có dòng điện đi qua diode và đi qua tải, ở chu kỳ âm, Diode bị phân cực ngược do đó không có dòng qua tải

Hình 7.4 Dạng điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu bán chu kỳ

 Khi V i  0 (bán kỳ dương) diode dẫn, ta có dòng i R qua tải tạo nên điện hai đầu tải V R I R

 Khi V i < 0 (bán kỳ âm) diode ngưng dẫn, dòng tải b ng không, điện thế.

Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ thường dùng 4 Diode mắc theo hình cầu (còn gọi là

mạch chỉnh lưu cầu) như hình dưới

- Điện trở tải Rtải: Thiết bị tiêu thụ điện

b Sơ đồ dạng sóng mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu dùng 4 Diode:

Hình 7.6 Sơ đồ dạng sóng mạch chỉnh lưu cầu dùng 4 Diode

Hình 7.7 Dạng sóng chạy mô phỏng mạch chỉnh lưu cầu dùng 4 Diode

c Nguyên lý hoạt động của mạch điện:

- Xét ở bán kỳ dương (VAC> 0) thì D1, D3 dẫn điện, D2, D4 ngưng dẫn điện Diode D2, D4 ngưng dẫn điện nên dòng điện ID2 = ID4 =0

I I

D D

D D

3 1

3

và dòng điện I R I D1 I D3

Biên độ đỉnh VmDC = VmAC – 2V   VmAC (xét diode lý tưởng V = 0)

Dòng điện đi từ VA qua D1, kế tiếp qua Rtải, đến D3 cuối cùng là VB

- Xét ở bán kỳ âm (VAC< 0) thì D1, D3 ngưng dẫn điện và D2, D4 dẫn điện

Diode D1, D3 ngưng dẫn điện nên dòng điện ID1 = ID3 =0

Biên độ đỉnh VmDC = VmAC - 2V  VmAC (xét diode lý tưởng V = 0)

Dòng điện đi từ VB qua D2, kế tiếp qua Rtải, đến D4 cuối cùng là VA

Đối với mạch chỉnh lưu cầu dùng 4 diode: UhdDC ≈ 0,636UmAC ≈ 0,9UhdAC

Dòng điện trên tải Rtải b ng dòng qua diode: IR = ID

2.3 Mạch lọc nguồn một chiều

2.3.1 Khái niệm

Nguồn điện xoay chiều (AC) sau khi qua mạch chỉnh lưu trở thành nguồn điện một chiều (DC) Tuy nhiên nguồn một chiều không theo mong muốn vẫn còn gợn sóng theo nửa chu kỳ hình sin của nguồn AC Vì vậy ta phải cho qua bộ lọc để được điện áp một chiều ổn định hơn theo sơ đồ khối hình 7.7

Hình 7.8 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có bộ lọc

2.3.2 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có bộ lọc

Từ nguồn điện lưới qua biến áp và chạy qua mạch diode chỉnh lưu là điện

áp một chiều nhấp nhô, nếu không có tụ lọc thì điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch điện tử, do đó trong các mạch nguồn, ta phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh lưu

Hình 7.9 Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có tụ và

không có tụ

- Sơ đồ trên minh hoạ các trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có tụ lọc

- Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia , vì vậy điện áp thu được có dạng nhấp nhô

- Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia lọc nguồn , kết quả là điện áp đầu ra được lọc tương đối phẳng, nếu tụ C1 có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng b ng phẳng, tụ C1 trong các bộ nguồn thường có trị số khoảng vài ngàn µF

Hình 7.10 Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có tụ và

không có tụ Trong các mạch chỉnh lưu, nếu có tụ lọc mà không có tải hoặc tải tiêu thụ một công suất không đáng kể so với công xuất của biến áp thì điện áp DC thu được là DC = 1,4.AC

2.4 Mạch điện ổn áp nguồn một chiều

2.4.1 Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener

.Hình 7.11 Mạch ổn áp cố định dùng Diode zener

Mạch ổn áp tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh trong Ti vi mầu Từ nguồn 110V không cố định thông qua điện trở hạn dòng R1 và ghim trên Dz 33V để lấy ra một điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kênh

Khi thiết kế một mạch ổn áp như trên ta cần tính toán điện trở hạn dòng sao cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ hơn dòng mà Dz chịu được, dòng cực đại qua Dz là khi dòng qua R2 = 0

Như sơ đồ trên thì dòng cực đại qua Dz b ng sụt áp trên R1 chia cho giá trị R1, gọi dòng điện này là I1 ta có:

Thông thường ta nên để dòng ngược qua Dz ≤ 25 mA

2.4.2 Mạch ổn áp cố định dùng Transistor, IC ổn áp

Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ (≤ 20mA) Để có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ dưới đây

Hình 7.12 Mạch ổn áp có Transistor khuếch đại

Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm B không thay đổi và tương đối phẳng

Nguyên lý ổn áp : Thông qua điện trở R1 và Dz ghim cố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân

E đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện

áp chân E của đèn tăng, và ngược lại

Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng dãi và người ta

đã sản xuất các loại IC họ LA78 để thay thế cho mạch ổn áp trên, IC LA78 có

sơ đồ mạch như phần mạch có mầu xanh của sơ đồ trên

Hình 7.13 Sơ đồ chân IC ổn áp LA7805 LA7805 IC ổn áp 5V

Hình 7.14 Sơ đồ khối của bộ nguồn dải rộng Các thành phần trong sơ đô khối:

(5) Phần hồi tiếp (lấy mẫu)

(6) Phần khuyếch đại sai lệch

(7) Tạo áp chuẩn

(8) Tạo dao động sóng tam giác

(9) Điều chế độ rộng xung

(10) Bộ khuyếch đại kích thích và đảo pha

Đầu vào (9) có thể còn các tín hiệu khống chế khác (P) để ngắt bộ nguồn Tần số công tác (tần số chuyển mạch) của bộ nguồn xung thường trong khoảng 10kHz đến 100kHz, nếu tần số thấp thì khó lọc san b ng (lọc thứ cấp), các linh kiện lọc phải lớn (cuộn chặn, tụ lọc) do đó kích thước, trọng lượng bộ nguồn lớn, giá thành cao

Tần số chuyển mạch thấp thì hiệu quả điều chỉnh hạn chế (dải điều chỉnh hẹp) Tần số cao quá thì hiệu suất của bộ nguồn thấp, vì tần số cao (tần số vô

tuyến) thì năng lượng điện sẽ phát xạ tại chỗ, năng lượng điện sẽ biến thành năng lượng từ trường, điện trường và nhiệt

Các bộ nguồn chuyển mạch trong viễn thông thường làm việc trong khoảng tần số từ 30kHz - 65kHz Với dải tần làm việc trong khoảng 10kHz - 100kHz thì các biến áp dùng lõi ferit có từ μ lớn do đó số vòng dây giảm đi rất nhiều, kích thước cũng như trọng lượng của các biến áp, cuộn chặn rất nhỏ và do

đó kích thước, trọng lượng của bộ nguồn chuyển mạch cũng rất nhỏ so với bộ nguồn thông thường có cùng công suất

Phần chuyển mạch chính sử dụng các tranzito và MOSFET công suất lớn,

có tốc độ chuyển mạch cao, làm việc ở 2 trạng thái: bão hoà và ngắt nên có tổn hao tranzito chuyển mạch rất nhỏ, nên sự toả nhiệt cho chúng đơn giản

Với những đặc điểm đó làm cho bộ nguồn chuyển mạch có các ưu điểm hơn hẳn các bộ nguồn ổn áp thông thường như:

- Hiệu suất cao từ 80% - 90%, trong khi các bộ nguồn ổn áp thông thường có hiệu suất < 65%

Hình 7.15 Sơ đồ mạch nguyên lý mạch nguồn dải rộng dùng IC KA3842

Hình 7.16 Sơ đồ mạch bên trong của IC KA3842 và sơ đồ chân của IC KA3842

3.3 Nguyên lý làm việc

IC UC3842 hay KA3842 là một IC có 8 chân và nhiệm vụ của các chân như sau:

- Chân 1 (COMP) – Đây là chân nhận điện áp so sánh, điện áp chân số 1 tỷ lệ thuận với điện áp ra Thông thường trong mạch nguồn, chân 1 không nhận điện

áp hồi tiếp mà chỉ đấu qua một R sang chân số 2

- Chân 2 (VFB) đây là chân nhận điện áp hồi tiếp, có thể hồi tiếp so quang hoặc hồi tiếp trực tiếp từ cuộn hồi tiếp sau khi đi qua cầu phân áp, điện áp hồi tiếp về chân 2 tỷ lệ nghịch với điện áp ra, nếu có một lý do nào đó làm điện áp đưa về chân 2 tăng lên thì điệp áp ra sẽ giảm thấp hoặc bị ngắt

- Chân 3 (CURRENT SENSE) chân cảm biến dòng, chân này theo dõi điện áp

ở chân S của đèn Mosfet, nếu dòng qua Mosfet tăng khi đó điện áp chân 3 sẽ tăng, nếu áp chân 3 tăng đến ngưỡng khoảng 0.6V thì dao động ra sẽ bị ngắt, điện trở chân S xuống Mass khoảng 0.22 nếu điện trở này tăng trị số hoặc bị thay trị số lớn hơn thì khi chạy có tải là nguồn bị ngắt

- Chân 4 (Rt/Ct) chân nối với R – C tạo dao động, tần số dao động phụ thuộc vào trị số R và C ở chân 4, người ta thường đưa xung dòng hổi tiếp về chân 4 để đồng pha giữa tần số dòng với tần số dao động nguồn, điều đó đảm bảo khi sò dòng hoạt động tiêu thụ nguồn thì Mosfet nguồn cũng mở để kịp thời cung cấp, điều đó làm điện áp ra không bị sụt áp khi cao áp chạy

- Chân 5 là Mass

- Chân 6: là chân dao động ra, dao động ra là dạng xung vuông có độ rộng có thể thay đổi để điều chỉnh thời gian ngắt mở của Mosfet, thời gian ngắt mở của Mosfet thay đổi thì điện áp ra thay đổi

- Chân 7 là chân Vcc, điện áp cung cấp cho chân 7 từ 12V đến 14V, nếu điện

áp giảm <12V thì dao động có thể bị ngắt, điện áp chân 7 được cấp qua trở mồi, khi nguồn chạy điện áp này được bổ sung từ cuộn hồi tiếp sau khi chúng được chỉnh lưu và lọc

- Chân 8 (Vref) đây là chân từ IC đưa ra điện áp chuẩn 5V, điện áp này thường dùng để cung cấp cho chân dao động số 4, người ta thường thiết kế mạch bảo vệ bám vào chân 8 để khi nguồn có sự cố sẽ làm mất nguồn ở chân 8  mạch ngắt dao động

Bước 3: Thực hiện phép đo dùng dao động ký (Osillocope)

- Chọn mức điện áp AC ngõ vào 3V (VhdAC = 3V)

- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp VAC, CH2 (CHB) đo điện áp VDC

- Vẽ dạng sóng điện áp VAC(V), điện áp VDC(V) trên cùng hệ trục tọa độ

Hình 7.18 Vẽ dạng sóng điện áp VAC, và VDC trên cùng hệ trục tọa độ

- Xác định giá trị biên độ đỉnh Vm(AC) =

Hình 7.19 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình cầu dùng 4 Diode

Bước 2: Thực hiện phép đo dùng đồng hồ VOM