Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Sửa chữa lắp ráp máy tính - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Sửa chữa lắp ráp máy tính - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/môn học của chương trình đào tạo nghề Sửa chữa, lắp ráp máy tính ở cấp trình độ Cao đẳng. Giáo trình kết cấu gồm 9 bài và chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: tranzitor hiệu ứng trường; một số linh kiện đặc biệt; mạch nguồn một chiều; các mạch khuếch đại tín hiệu dùng BJT; khuếch đại thuật toán;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trường

Mục tiêu:

- Trình bày được đặc điểm cấu tạo và đặc tính làm việc của các loại Tranzitor trường cũng như phạm vi ứng dụng của chúng;

- Nhận dạng, phân loại được các loại JFET,MOSFET;

- Xác định được các cực và kiểm tra được tình trạng kỹ thuật của JFET, MOSFET

Nội dung:

Transistor trình bày trước được gọi là transistor mối nối lưỡng cực (BJT = Bipolar Junction Transistor) BJT có điện trở ngõ vào nhỏ ở cách mắc thông thường CE, dòng IC = IB, muốn cho IC càng lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối vào) Đối với transistor hiệu ứng trường có tổng trở vào rất lớn Dòng điện ở lối ra được

tăng bằng 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 v à MOSFET

1.JFET

1.1.Cấu tạo – kí hiệu

JFET (Junction Field Effect Transistor) được gọi là FET nối JFET có cấu tạo như (hình vẽ)

Cấu tạo của JFET kênh N (a), JFET kênh P (b)

Trên thanh bán dẫn hình trụ có điện trở suất khá lớn (nồng độ tạp chất tương đối thấp), đáy trên và đáy dưới lần lượt cho tiếp xúc kim loại đưa ra hai cực tương ứng là cực máng (cực thoát) và cực nguồn

Vòng theo chu vi của thanh bán dẫn người ta tạo một mối nối P – N Kim loại tiếp xúc với mẫu bán dẫn mới, đưa ra ngoài cực cổng (cửa)

Kí hiệu của JFET kênh N (a), JFET kênh P (b)

1.2 Nguyên lí hoạt động

Giữa D và S đặt một điện áp VDS tạo ra một điện trường có tác dụng đẩy hạt tải đa số của bán dẫn kênh chạy từ S sang D hình thành dòng điện ID Dòng ID tăng theo điện áp VDS đến khi đạt giá trị bão hòa IDSS (saturation) và điện áp tương ứng gọi là điện áp thắt kênh VPO (pinch off), tăng VDS lớn hơn VPO thì ID vẫn không tăng

Giữa G và S đặt một điện áp VGS sao cho không phân cực hoặc phân cực nghịch mối nối P – N Nếu không phân cực mối nối P – N ta có dòng ID đạt giá trị lớn nhất IDSS Nếu phân cực nghịch mối nối P – N làm cho vùng tiếp xúc thay đổi diện tích Điện áp phân cực nghịch càng lớn thì vùng tiếp xúc (vùng hiếm) càng nở rộng ra, làm cho tiết diện của kênh dẫn bị thu hẹp lại, điện trở kênh tăng lên nên dòng điện qua kênh ID giảm xuống và ngược lại VGS tăng đến giá trị VPO thì ID giảm về 0

1.3.Cách mắc JFET

- Cũng tương tự như BJT, JFET cũng có 3 cách mắc chủ yếu là: Chung

cực nguồn(CS), chung cực máng (DC), và chung cực cửa(CG)

- Trong đó kiểu CS thường được dùng nhiều hơn cả vì kiểu mắc này cho hệ số khuếch đại điện áp cao, trở kháng vào cao Còn các kiểu mắc CD, CG thường được dùng trong tầng khuếch đại đệm và khuếch đại tần số cao (hình 3-46)

Các cách mắc của JFET

- CS: Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu ra D so với S

- CG: Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu ra D so với G

- CD: Tín hiệu vào G so với D, tín hiệu ra S so với D

1.4 Đặc tuyến của JFET

Mạch khảo sát đặc tuyến của JFET

Khảo sát sự thay đổi dòng thoát ID theo hiệu điện thế VDS và VGS, từ đó người ta đưa ra hai dạng đặc tuyến của JFET

a Đặc tuyến truyền dẫn I D (V GS ) ứng với V DS = const

Giữ VDS = const, thay đổi VGS bằng cách thay đổi nguồn VDC, khảo sát sự biến thiên của dòng thoát ID theo VGS Ta có:

2 S DSS

- Khi VGS âm thì dòng ID giảm, VGS càng âm thì dòng ID càng giảm Khi VGS

= VPO thì dòng ID = 0 VPO lúc này được gọi là điện thế thắt kênh (nghẽn kênh)

b Đặc tuyến ngõ ra I D (V DS ) ứng với V GS = const

Giữ nguyên VGS ở một trị số không đổi (nhất định) Thay đổi VCC và khảo sát

sự biến thiên của dòng thoát ID theo VDS .(hình 3-48)

- Giả sử chỉnh nguồn VDC về 0v, không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 0V = const Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi Đo dòng ID

và VDS Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đó ID đạt giá trị bão hòa, ID không tăng mặc dù VDS cứ tăng

- Chỉnh nguồn VDC để có VGS = 1v Không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 1V = const Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi Đo dòng ID

và VDS tương ứng Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đó ID đạt giá trị bão hòa, ID không tăng mặc dù VDS cứ tăng

- Lặp lại tương tự như trên ta vẽ được họ đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với

VGS = const

Họ đặc tuyến ngõ ra của JFET

2 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)

MOSFET hay còn đƣợc gọi IGFET (Insulated Gate FET) là FET có cực cổng cách li MOSFET chia làm hai loại: MOSFET kênh liên tục (MOSFET loại hiếm)

và MOSFET kênh gián đoạn (MOSFET loại tăng) Mỗi loại có phân biệt theo chất bán dẫn: kênh N hoặc kênh P

2.1.MOSFET kênh liên tục

a Cấu tạo – kí hiệu

Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh liên tục loại N

Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh liên tục loại P

Gate (G): cực cửa (cực cổng) Drain (D): cực thoát (cực máng) Source (S): cực nguồn

Substrate (Sub): đế (nền)

Cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N

Trên nền chất bán dẫn loại P, người ta pha hai vùng bán dẫn loại N với nồng

độ cao (N+) được nối liền với nhau bằng một vùng bán dẫn loại N pha nồng độ thấp (N) Trên đó phủ một lớp mỏng SiO2 là chất cách điện

Hai vùng bán dẫn N+ tiếp xúc kim loại (Al) đưa ra cực thoát (D) và cực nguồn (S) Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit nhưng vẫn cách điện với kênh N có nghĩa là tổng trở vào cực là lớn

Để phân biệt kênh (thông lộ) N hay P nhà sản xuất cho thêm chân thứ tư gọi

là chân Sub, chân này hợp với thông lộ tạo thành mối nối P-N Thực tế, chân Sub của MOSFET được nhà sản xuất nối với cực S ở bên trong MOSFET

b Đặc tuyến

VDS là hiệu điện thế giữa cực D và cực S VGS là hiệu điện thế giữa cực G và cực S Xét mạch như (hình 3-52)

Mạch khảo sát đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục loại N

Khi VGS = 0V: điện tử di chuyển tạo dòng điện ID, khi tăng điện thế VDS thì dòng ID tăng, ID sẽ tăng đến một trị số giới hạn là IDsat (dòng ID bão hòa) Điện thế VDS ở trị số IDsat được gọi là điện thế nghẽn VP0 giống như JFET

Khi VGS < 0: cực G có điện thế âm nên đẩy điện tử ở kênh N vào vùng P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N và dòng ID sẽ giảm xuống do điện trở kênh dẫn điện tăng

Khi điện thế cực G càng âm thì dòng ID càng nhỏ, và đến một trị số giới hạn dòng điện ID gần như không còn Điện thế này ở cực G gọi là điện thế nghẽn –VP0 Đặc tuyến chuyển này tương tự đặc tuyến chuyển của JFET kênh N

Khi VGS > 0, cực G có điện thế dương thì điện tử thiểu số ở vùng nền P bị hút vào kênh N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng ID tăng cao hơn trị số bão hòa IDsat Trường hợp này ID lớn dễ làm hư MOSFET nên ít được dùng

Tương tự JFET, ta khảo sát hai dạng đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục:

- Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const

- Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const

Cách khảo sát tương tự như khảo sát JFET nhưng đến khi cần VGS > 0, ta đổi cực của nguồn VDC nhưng lưu ý chỉ cần nguồn dương nhỏ thì ID đã tăng cao Ta có hai dạng đặc tuyến

Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) của MOSFET kênh liên tục loại N

Họ đặc tuyến ngõ ra I (V ) của MOSFET kênh liên tục loại N

2.2 MOSFET kênh gián đoạn

a Cấu tạo – kí hiệu:

Cấu tạo - kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại N

Cấu tạo- kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại P

Cực cửa: Gate (G) ;Cực thoát: Drain (D) ;Cực nguồn: Source (S) ; Nền (đế ): Substrate (Sub)

Cấu tạo MOSFET kênh gián đoạn loại N tương tự như cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N nhưng không có sẵn kênh N Có nghĩa là hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) không dính liền nhau nên còn gọi là MOSFET kênh gián đoạn Mặt trên kênh dẫn điện cũng được phủ một lớp oxit cách điện SiO2 Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn N+ gọi là cực S và D Cực

G được lấy ra từ kim loại tiếp xúc bên ngoài lớp oxit SiO2 nhưng cách điện với bên trong Cực Sub được nối với cực S ở bên trong MOSFET

b Đặc tuyến

Xét mạch sau:

Mạch khảo sát đặc tuyến của MOSFET kênh gián đoạn loại N

Khi VGS = 0V, điện tử không di chuyển được nên ID = 0, điện trở giữa D và S rất lớn Khi VGS > 0V thì điện tích dương ở cực G sẽ hút điện tử của nền P về phía giữa hai vùng bán dẫn N+ và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều hơn, đủ

để nối liền hai vùng bán dẫn N+ và kênh N nối liền hai vùng bán dẫn N+ đã hình thành nên có dòng ID chạy từ D sang S Điện thế cực G càng tăng thì ID càng lớn Điện thế ngưỡng V là điện thế VGS đủ lớn để hình thành kênh, thông thường

V vài volt

Tương tự JFET và MOSFET kênh liên tục ta khảo sát hai dạng đặc tuyến của MOSFET kênh gián đoạn:

- Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const

- Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const

Cách khảo sát tương tự như khảo sát JFET và MOSFET kênh liên tục nhưng khác với hai trường hợp trên là cần VGS > 0, cụ thể nguồn VDC phải dương đủ để VGS bằng điện thế ngưỡng V thì ID có giá trị khác 0 Ta có hai dạng đặc tuyến như (hình 3-58) và (hình 3-59)

.Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) của MOSFET kênh gián đoạn loại N

Họ đặc tuyến ngõ ra I (V ) của MOSFET kênh gián đoạn loại N

2.3 Các cách mắc cơ bản của MOSFET

Tương tự JFET, MOSFET cũng có ba kiểu mắc cơ bản:

- Cực nguồn chung CS : Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu ra D so với S

- Cực cổng chung CG : Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu ra D so với G

- Cực thoát chung CD : Tín hiệu vào G so với D , tín hiệu ra S so với D

3 Ứng dụng

Như đã trình bày ở trên, FET có hai loại JFET và MOSFET đều hoạt động dựa trên sự điều khiển độ dẫn điện của mẫu bán dẫn bởi một điện trường ngoài, chỉ dùng một loại hạt dẫn (hạt tải đa số), nó thuộc loại đơn cực tính (unipolar), không

có quá trình phát sinh và tái hợp của hai loại hạt dẫn nên các tham số của FET ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ

Những ưu điểm nổi bật của FET: tổng trở vào lớn, hệ số khuếch đại cao, tiêu thụ năng lượng bé, kích thước các điện cực D, G, S có thể giảm xuống rất bé, thu nhỏ thể tích của FET một cách đáng kể và nó được ứng dụng nhiều trong chế tạo

IC mà đặc biệt là loại IC có mật độ tích hợp cao Cũng như BJT, FET được ứng dụng nhiều trong cả hai dạngmạch số và tương tự Nó làm một phần tử trong nhiều dạng mạch khuếch đại, làm chuyển mạch điện tử…

Ngoài ra, họ FET còn có các dạng sau: CMOS, V-MOS, D-MOS, FET,…đây

là những dạng được cải tiến từ MOSFET để có thêm ưu điểm trong ứng dụng

4 Thực hành

4.1 Cơ sở vật chất:

- Mô đun thực hành điện tử

- Đồng hồ đo điện van năng

- Bo cắm đa năng, dây cắm kết nối

- JFET, MOSFET các loại

4.2 Nội dung tiến hành:

4.2.1 Nhận dạng, phân loại JFET, MOSFET

Hình dạng bên ngoài của chúng khá giống so với các linh kiện 3 chân khác vì vậy để nhận dạng, phân loại ta có thể dựa vào 1 số cơ sở như sau:

- Dựa vào kết quá các phép đo điện trở giữa các cực;

- Dựa vào mã hiệu ngoài vỏ

- Dựa vào kết quá tra cứu trên các kênh thông tin của mạng Internet

Các JFET, MOSFET thông dụng thường có các hình dạng như sau:

- Dựa vào qui luật xắp xếp các cực của JFET, MOSFET Với các loại đèn thông thường hiện nay qui luật xáp xếp các cực thường như sau:

- Dựa vào kết quả tra cứu trên các kênh thông tin của mạng Internet

4.2.3 Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của các linh kiện:

Khi lắp ráp sửa chữa các mạch điện tử kỹ năng kiểm tra linh kiện đóng vai trò quan trọng Đa số các linh kiện điện tử khi hư hỏng không thế hiện ra bên ngoài vì vậy để biết được tình trạng kỹ thuật của chúng ta thường kiểm tra nguội bằng cách

đo điện trở giữa các cực của chúng Cũng tương tự như các linh kiện bán dẫn khác tình trạng hư hỏng thông thường của JFET, MOSFET là các cực thường bị ngắn mạch với nhau nhất là giữa 2 cực D, S vì vậy ta có thể thông qua kết quả của các

phép đo điện trở để xác định được tình trạng kỹ thuật của chúng

Bài 6: Một số linh kiện đặc biệt

Ngoài các linh kiện bán dẫn được sử dụng khá phổ biến đã được đề cập ở các bài trên thì trong các mạch điện tử còn sử dụng khá nhiều các linh kiện có cấu trúc, đặc tính làm việc khá đặc biệt

Mục tiêu:

- Trình bày được đặc điểm cấu tạo và đặc tính làm việc của các loại linh kiện đặc biệt cũng như phạm vi ứng dụng của chúng;

- Nhận dạng, phân loại được các loại linh kiện đặc biệt;

- Xác định được các cực và kiểm tra được tình trạng kỹ thuật của các linh kiện đặc biệt

Nội dung:

1 Các phần tử quang:

Các phần tử quang là các linh kiện bán dẫn đặc biệt với việc điều khiển trạng thái làm việc của chúng không sử dụng các tín hiệu điện mà sử dụng ánh sáng Tùy theo cấu tạo, đặc tính làm việc và công dụng ta có một số loại sau đây:

1.1 Điốt quang

Điốt quang là linh kiện có đặc tính làm việc giống như điốt tuy nhiên nó chỉ dẫn điện khi có anh sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận của chúng Trong kỹ thuật Điốt quang thường được sử dụng làm các cảm biến quang Trong sơ đồ mạch điện điốt quang được biểu diễn như sau:

1.2 Tranzitor quang:

Tranzitor quang có đặc tính làm việc giống như BJT thông thường tuy nhiên việc điều khiển trạng thái dẫn của chúng không dùng tín hiệu điện mà dùng ánh sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận của chúng Mức độ dẫn phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào mạnh hay yêu Trong kỹ thuật nó thường được sử dụng để chế tạo các loại cảm biến quang Tranzitor quang trong các sơ đồ mạch điện thường được biểu diễn như sau:

C

E

Các bộ ghép quang được sử dụng phổ biến trong các mạch truyền tín hiệu

mà đòi hỏi sự cách ly về điện giữa đầu vào và đầu ra Về cấu trúc các bộ ghép quang là sự kết hợp giữa điốt phát quang với các phần tử quang dẫn Hai bộ ghép quang được sử dụng khá phổ biến trong kỹ thuật điện tử hiện nay là:

2.1 Bộ ghép quang Điốt – phô tô quang:

Đây là loại linh kiện được hình thành do sự kết hợp của điốt phát quang (Led) và đèn tranzitor quang Hình vẽ cấu trúc và cũng là hình biểu diễn được thể hiện như sau:

Khí có tín hiệu điện áp đặt vào của vào khi tín hiệu biến thiên thì cường độ phát sáng của điốt phát quang cũng thay đổi từ đó trạng thái dẫn của Tranzitor quang cũng thay đổi theo

2.2 Bộ ghép quang Điốt – Triac quang:

Đây là loại linh kiện được hình thành do sự kết hợp của điốt phát quang (Led) và đèn triac quang Hình vẽ cấu trúc và cũng là hình biểu diễn được thể hiện như sau:

Và

o

Ra

Khi có xung điện áp điều khiển đặt vào led nó sẽ phát ra tia sáng kích thích vào tri ắc quang làm cho triac quang được kích mở và chuyển sang trạng thái dẫn theo chiều phân cực thuận

3 Vi mạch

3.1 Khái niệm:

Vi mạch (IC) là một linh kiện đặc biệt mà cấu trúc bên trong nó là một mạch điện tử tổ hợp bao gồm nhiều các linh kiện điện tử kết nối với nhau để thực hiện một hoặc nhiều chức năng Với trình độ công nghệ cao như hiện nay người ta đẫ chế tạo ra các loại vi mạch đa chức năng mà cấu trúc bên trong của nó bao gồm hàng triệu linh kiện kết nối thành Sự phát minh và ứng dụng của vi mạch trong công nghiệp điện tử góp phần to lớn cho sự phát triển của tất cả các lĩnh vực nhất

là các lĩnh vực công nghệ cao như Công nghệ thông tin, điện tử truyền thông, Hàng không, vũ trụ, quân sự vvv

3.2 Cấu trúc:

Như đã đề cập ở trên với các chức năng khác nhau vi mạch sẽ có cấu trúc khác nhau Bên ngoài của vi mạch bao gồm rất nhiều chân để thực hiện liên kết với bên ngoài như đưa tín hiệu vào, ra Lấy nguồn cung cấp, liên kết với các phần

tử khác vvv Tuy theo các xắp xếp các chân của vi mạch mà ta có một số dạng cấu trúc bên ngoài như sau:

Bài 7: Mạch nguồn một chiều Mục tiêu:

- Trình bày được chức năng, nhiệm vụ và phạm vi ứng dụng của mạch nguồn một chiều;

- Vẽ và phân tích được sơ đồ mạch điện chức năng cũng như mạch điện tổng thể của bộ nguồn một chiều dải hẹp và dải rộng,

- Lựa chọn, kiểm tra linh kiện và lắp ráp được các mạch điện chức năng cũng như mạch điện tổng thể hoạt động theo đúng yêu cầu

Mạch nguồn một chiều là mạch điện có chức năng biến đổi từ điện áp nguồn xoay chiều lấy từ lưới điện thành điện áp một chiều có trị số phù hợp để cung cấp cho các phụ tải một chiều làm việc theo yêu cầu

1.2 Phân loại:

Việc phân loại mạch nguồn một chiều chủ yếu dựa vào quá trình biến đổi năng lượng và khả năng thích ứng của chúng mà ta chia nguồn một chiều ra làm hai loại:

- Mạch nguồn môt chiều dải hẹp;

- Mạch nguồn một chiều dải rộng (nguồn xung)

2 Mạch nguồn một chiều dải hẹp:

Mạch nguồn một chiều dải hẹp có quá trình biến đổi năng lượng được thể hiện qua cấu trúc như sau:

Quá trình biến đổi năng lượng của mạch nguồn một chiều dải hẹp như sau: Điện áp xoay chiều từ lưới điện(220V) được đưa vào máy biến áp để tạo ra điện áp xoay chiều có trị số thấp phù hợp theo yêu cầu đồng thời cách ly về điện giữa nguồn một chiều và điện áp lưới điện sau đó được đưa tới mạch chỉnh lưu biến đổi từ điện áp xoáy chiều thành điện áp 1 chiều Mạch lọc DC có nhiệm vụ tạo ra

sự bằng phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu Cuối cùng nguồn một chiều được

ổn định và có trị số phù hợp theo yêu cầu của phụ tải thông qua các mạch ổn áp một chiều

Máy biến

áp

Mạch chỉnh lưu

Mạch lọc

2.1 Mạch chỉnh lưu:

Như đã đề cập ở trên mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi từ điện áp xoáy chiều thành điện áp 1 chiều Các mạch chỉnh lưu được sử dụng trong các bộ nguồn một chiều thường là các mạch chỉnh lưu 1 pha bao gồm:

2.1.1 Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ

Trong mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ ta dùng một điốt mắc nối tiếp trong mạch nguồn Tuy thuộc theo chiều của điốt mắc nối tiếp trong mạch mà ta có mạch chỉnh lưu dương và mạch chỉnh lưu âm Sơ đồ mạch điện nguyên lý thể hiện như hình vẽ:

Trong quá trình làm việc trong các mạch chỉnh lưu do đặc tính đân điện một chiều của điốt chỉnh lưu vì vậy điốt sẽ dẫn dòng điện ở một nửa chu kỳ của nguồn xoáy chiều đặt vào mạch chỉnh lưu Kết quả chỉnh lưu và dạng điện áp một chiều đầu ra được thể hiện như hình vẽ:

Điện áp một chiều sau mạch chỉnh lưu có trị số trung bình được xác định như sau:

UDCtb = ∫uAC dt = 0,45UAC

Trong đó UAC là trị hiệu dụng của điện áp xoáy chiều đặt vào mạch chỉnh lưu

UAC

0 UDC

Ta nhận thấy ở mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ cho ta điện áp 1 chiều không liên tục, chất lượng thấp vì vậy loại mạch chỉnh lưu này thường được sử dụng ở các mạch chỉnh lưu tần số cao

2.1.2 Mạch chỉnh lưu hình tia:

Mạch chỉnh lưu hình tia thực chất là tổng hợp của 2 mạch chỉnh lưu nửa chu

kỳ với 2 nguồn xoay chiều đầu vào ngược pha nhau Sơ đồ nguyên lý được thể hiện như hình vẽ:

Điện áp xoáy chiều đặt vào 2 điốt chỉnh lưu D1 và D2 có cùng trị số nhưng ngược pha nhau vì vậy ở mỗi nửa chu kỹ của nguồn xoay chiều đầu vào 2 điốt thay phiên nhau dẫn dòng điện cung cấp cho phụ tải một chiều Sự phân cực điện áp một chiều đầu ra được thể hiện như trên hình vẽ Kết quả ta thu được ở đầu ra của mạch chỉnh lưu là điện áp một chiều và được thể hiện qua đồ thị sau:

0

ub

0 UDC

Trị số trung bình của điện áp một chiều sau chỉnh lưu được xác định theo biểu thức sau:

UDCtb = 0,9Ua = 0,9Ub

Mạch chỉnh lưu hình tia cho ta điện áp một chiều đầu ra liên tục trong cả 2 nửa chu kỳ của nguồn điện xoay chiều đầu vào tuy nhiên mạch chỉnh lưu này luôn luôn phải đi kèm với máy biến áp vì vậy phạm vi ứng dụng của mạch có nhiều hạn chế và không được sử dụng rộng rãi

2.1.3 Mạch chỉnh lưu cầu:

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha là mạch chỉnh lưu được sử dụng khá phổ biến trong các mạch nguồn một chiều công suất nhỏ Sơ đồ mạch điện nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu 1 pha được thể hiện như hình vẽ sau:

Trong các sơ đồ mạch điện mạch chỉnh lưu cầu còn có thể vẽ qui ước như sau:

Khi có điện áp xoay chiều đặt vào mạch chỉnh lưu các cặp điốt (D1,D4) và (D2,D3) thay phiên nhau dẫn dòng điện cung cấp cho phụ tải trong mỗi nửa chu kỳ nhờ đó ở đầu ra của mạch ta có được điện áp một chiều cung cấp cho phụ tải và được mô tả trên đồ thị sau:

UDC 0

Điện áp một chiều có được sau mạch chỉnh lưu có trị số trung bình được xác định như sau:

UDCtb = 0,9 UAC

Do mạch chỉnh lưu cầu được sử dụng rộng rãi trong các bộ nguồn 1 chiều vì vậy để tiện cho việc lắp ráp người ta chế tạo ra các khổi cầu chỉnh lưu chúng thường có hình dạng như sau:

2.2 Mạch lọc điện áp một chiều:

Sau các mạch chỉnh lưu ta thu được điện áp 1 chiều có trị số biến thiên dạng hình sin vì vậy không đảm bảo chất lượng và sự ổn định khi cung cấp cho các phụ tải Để điệp áp 1 chiều bằng phẳng và ổn định hơn sau mạch chỉnh lưu ta phải sử dụng các mạch lọc DC Mạch lọc DC có 2 tác dụng:

- San phẳng điện áp 1 chiều sau chỉnh lưu;

- Nâng cao trị số điện áp 1 chiều

Các phần tử sử dụng trong các mạch lọc DC phải có khả năng tích lũy năng lượng đó là tụ điện và cuộn cảm trong đó tụ điện đóng vai trò chính do khả năng tích lũy năng lượng của tụ khá lớn và duy trì được trong thời gian dài

2.2.1 Sơ đồ mạch lọc nguồn 1 chiều:

Sơ đồ các mạch lọc đơn giản

2.2.2.Cơ sở lựa chọn tụ lọc nguồn;

Việc lựa chọn các thông số tụ điện trong bộ lọc phải căn cứ vào các yếu tố sau:

- Công suất của bộ nguồn;

- Sơ đồ mạch chỉnh lưu;

- Tấn số nguồn xoay chiều

- Trị số điện áp nguồn 1 chiều đầu ra

Với quá trình thay thế tụ lọc nguồn phải đẩm bảo các thông số tụ được sử dụng để thay thế phải có trị số bằng hoặc lớn hơn thông số của tụ đã bị hư hỏng

2.3 Mạch ổn áp một chiều:

Điện áp một chiều sau mạch lọc tuy có độ bằng phẳng nhưng nó vẫn bị thay

đổi do sự giáo động của nguồn xoay chiều đầu vào và công suất tiêu thụ của phụ tải, đồng thời trị số điện áp nguồn thường không đúng so với yêu cầu của phụ tải

Vì vậy để có điện áp 1 chiều đầu ra thật ổn định và có trị số theo đúng yêu cầu ta thường phải sử dụng các mạch ổn áp một chiều Tuy theo công suất của phụ tải cũng như các yếu tố khác ta có thể lựa chọn các loại mạch ổn áp khác nhau

2.3.1 Mạch ổn áp dùng điốt ổn áp:

Mạch ổn áp dùng điốt ổn áp là mạch ổn áp đơn giản nhất>Mạch ổn áp này thường được sử dụng cho các phụ tải công suất nhỏ và có dòng tiêu thụ nhỏ hơn 100mA Sơ đồ mạch điện nguyên lý như sau:

2.3.2 Mạch ổn áp dùng BJT

Mạch ổn áp một chiều dùng BJT là mạch ổn áp khá đa nằng, nó có thể sử dụng cho các loại phụ tải với công suất khác nhau và ở mọi cấp điện áp theo yêu cầu của phụ tải Sơ đồ mạch điện nguyên lý được thể hiện như sau:

Các thông số của các phần tử trong sơ đồ được lựa chọn như sau:

- BJT Q: Icmax ≥ Iptmax , Pmax ≥ (UV – UR)Iptmaxx

Trong đó: + Iptmaxx Là trị số dòng điện tiêu thụ lớn nhất của phụ tải;

+ UV, UR Là điện áp một chiều đặt vào và đưa ra của mạch ổn áp

áp âm đồng thời với 1 số mức điện áp ra khác nhau:

* IC ổn áp dương:

IC ổn áp dương có mã hiệu là 78XX

Tróng đó: - 78 là mã hiệu đầu của IC ổn áp dương

- XX là trị số điện áp ổn đầu ra:

Ví dụ: 7805, 7809 7812, 7815 vvv

Cấu trúc của IC ổn áp dương như sau:

* IC ổn áp âm:

IC ổn áp âm có mã hiệu là 79XX

Tróng đó: - 79 là mã hiệu đầu của IC ổn áp âm

- XX là trị số điện áp ổn đầu ra:

Ví dụ: 7905, 7909 7912, 7915 vvv

Cấu trúc của IC ổn áp dương như sau:

- Lắp các phần tử công suất(BJT, IC) vào các tấm tản nhiệt nhằm tăng khả năng tàn nhiệt ra môi trường bên ngoài tốt hơn từ đó vùa an toàn và đồng thời có thể tăng khả năng dẫn dòng điện cung cấp cho phụ tải;

- Mắc thêm điện trở công suất( Điện trở gánh) song song với phần tử công suất như sau:

- Lắp nhiều phần tử công suất làm việc song song với nhau

2.4 Một số sơ đồ mạch nguồn dải hẹp:

2.4.3 Mạch nguồn dải hẹp có điều chỉnh điện áp đầu ra

3.1.1 Sơ đồ khối:

3 Bộ nguồn dải rộng

Bộ nguồn dải hẹp có nhược điểm là khi điện áp nguồn xoay chiều đầu vào giảm thấp hoặc nâng cao quá mực qui định sẽ không đẩm bảo an toàn và không đảm bảo tính ổn định cho nguồn điện áp một chiều đầu ra vì vậy hiện nay các mạch nguồn một chiều của các thiết bị điện tử công nghệ cao thường sử dụng bộ nguồn dải rộng Ưu điểm nổi bật của bộ nguông dải rộng là tính ổn định và khả năng thích ứng với sự thay đổi của điện áp xoay chiều đầu vào trong phạm vi rộng (Điện áp làm việc cho phép thay đổi từ 90V ÷ 300V)

Mạch

chỉnh

lưu(1)

Mạch lọc DC(1)

Mạch Nghịch lưu

Mạch Chỉnh lưu(2)

Mạch Lọc DC(2)

Mạch

ổn

áp

Mạch hồi tiếp

AC

220V

DC

Trong đó:

* Mạch chỉnh lưu (1) : Là mạch chỉnh lưu sơ cấp thực hiện việc biến đổi điện áp xoay chiều của nguồn điện (220V) thành điện áp 1 chiều Trong các bộ nguồn dải rộng nó được gọi là chỉnh lưu sơ cấp Mạch chỉnh lưu sơ cấp thường là mạch chỉnh lưu cầu 1 pha Điốt chỉnh lưu được lựu chọn phỉa có điện áp đánh thủng lớn hơn 400V và có dòng định mức được tính theo công suất của bộ nguồn

* Mạch lọc DC(1): Là mạch lọc điện áp một chiều sơ cấp Bộ lọc được sử dụng thường là mạch lọc đơn giản có tụ điện được lựa chọn có thông số như sau:

Uc = (400 ÷ 500)V

C = (100 ÷220)μF

* Mạch nghịch lưu: Là mạch có chức năng biến đổi từ nguồn điện áp 1 chiều thành

nguồn điện áp xoay chiều tần số cao Trong các bộ nguồn dải rộng mạch nghịch lưu được sử dụng là mạch nghịch lưu 1 pha điện áp dùng máy biến áp Sơ đồ nguyên lý

và nguyên lý làm việc của mạch như sau:

Khi làm việc chuyển mạch điện tử theo sự điều khiển thực hiện đóng ngắt liên tục với tần số cao ( 10000Hz ÷ 15000Hz) vì vậy tạo ra sự biến thiên của dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp của máy biến áp nhờ đó phía thứ cấp của máy biến áp

sẽ xuất hiện các sức điện động và điện áp xoay chiều có tần số bằng tần số đóng ngắt của chuyển mạch điện tử Để thay đổi trị số điện áp xoáy chiều đầu ra một cách chủ động ta thường thay đổi tương quan thời gian đóng và ngắt của chuyển mạch điện tử trong một chu kỳ cụ thể:

- Tăng điện áp: Tăng thời gian đóng, giảm thời gian ngắt của CMĐT

- Giảm điện áp: Giảm thời gian đóng, tăng thời gian ngắt của CMĐT

* Mạch chỉnh lưu(2): Là mạch chỉnh lưu thứ cấp tần số cao Trong các mạch nguồn dải rộng mạch chỉnh lưu tần số cao thường sử dụng là mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ

* Mạch lọc DC(2): Là mạch lọc điện áp một chiều thứ cấp Mạch lọc này thường là mạch lọc đơn giản với tụ lọc có trị số điện dung thấp hơn so với bộ nguồn dải hẹp

DC 300V

+

AC AMB

CMĐT

* Mạch ổn áp: Do điện áp một chiều sau mạch lọc khá ổn định vì vậy vai trò của mạch ổn áp chủ yếu là để tạo ra điện áp có trị số phù hợp theo yêu cầu của phụ tải Mạch ổn áp được sử dụng chủ yếu là mạch ổn áp dùng IC ổn áp

* Mạch hồi tiếp: Mạch hồi tiếp đóng vai trò quan trọng trong bộ nguồn dải rộng Mạch hồi tiếp có nhiệm vụ kiểm tra sự biến đổi của điện áp một chiều đầu ra thứ cấp để từ đó tác động vào mạch nghịch lưu nhằm đảm bảo sự ổn định của điện áp một chiều đầu ra Do ở bộ nguồn dải rộng mạch sơ cấp và thứ cấp được cách ly hoàn toàn về điện vì vậy việc phản hồi tín hiệu hồi tiếp được thực hiện qua bộ ghép quang Điôt – Tranzitor quang

3.2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc:

Nguồn xoáy chiều 220V lấy từ lưới điện được đưa qua công tắc nguồn thực hiện việc đóng ngắt sau đó qua cầu chảy bảo về rồi đưa qua mạch lọc nhiễu tần số cao, mạch chỉnh lưu sơ cấp Sau mạch chỉnh lưu ta được điện áp 1 chiều và được lọc bởi tụ điện C1 Và được đưa tới mạch nghịch lưu 1 pha Mạch DĐ có nhiệm vụ tạo ra chuỗi xung tần số cao sau khi được khuếch đại được đưa tới điều khiển quá trình đóng ngắt của chuyển mạch điện tử Nguồn cấp ban đầu cho mạch dao động

và mạch khuếch đại được lấy từ nguồn 1 chiều sơ cấp được giảm áp qua điện trở R Khi mạch nghịch lưu đã làm việc một cuộn thứ cấp của máy biến áp sẽ tạo ra điện

áp xoay chiều tần số cao rồi qua chỉnh lưu nhờ D1 để taok ra nguồn 1 chiều ổn định cấp cho mạch dao động Các cuộn thứ cấp còn lại sẽ đưa điện áp xoay chiều tới các mạch chỉnh lưu D2, D3 để tạo ra điện áp 1 chiều ổn định đầu ra Tùy theo yêu cầu

mà có thể dùng thêm các IC ổn áp để tạo ra điện áp một chiều theo đúng yêu cầu của phụ tải

Mạch hồi tiếp có nhiệm vụ kiểm tra điện áp thứ cấp đầu ra để điều chỉnh chế

độ làm việc của mạch dao động nhằm giữ ổn định cho điện áp một chiều thứ cấp đầu ra

1 Mô đun thực hành điện tử cái 1

2 Đồng hồ đo điện vạn nằng cái 1

+ Chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ

+ Chỉnh lưu 1 pha hình tia

+ Chỉnh lưu cầu 1 pha

1 Mô đun thực hành điện tử cái 1

2 Đồng hô đo điện vạn năng cái 1

4.2.2 Trình tự tiến hành:

- Khảo sát chế độ làm việc, các thông số vào, ra;

- Khảo sát, vẽ sơ đồ và phân tích mạch điện thực tế

- Thực hành sửa chữa một số hư hỏng thông thường