Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều lớp 12

Ngay khi phân cực thuận còn nhỏ, các hạt dẫn di chuyển không chỉ bằng hiện tượng khuyếch tấn mà còn bằng phương pháp xuyên hẩấm là chủ yếu, Trang 13 Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dò

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP.HCM

KHOA VẬT LÝ

DROS

NGHIEN CUU DAY TOT BAI CHINH LUU

DONG DIEN XOAY CHIEU

LOP 12

GVHD : Thac si Phan Thanh Van

SV : Nguyễn Thị Thu Nga

Khóa : 1998 - 2002

TP.HCM Tháng 05/2002

Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều |

4) Nai be sadsxtvtworioaiicecocdaeosaygaagas Trang 10

4] ĐA Nền AE G1400 210xxdsea«i Trang 14 6) Diode hôi phục nhảy bậc ‹- ¿c5 362 Trang 15

LV DICE SCHON si RRR xxx Trang 16

B.Neguyén tle mach Chiles Cts icassssascsensavssessconsosersaerasciciavasevoptvanpnyecsiavan Trang 17

[.:CRih:hAi Ï BRG:NẪN CHA isis aaa sees eae dia Trang 17

HI Chỉnh lưu l pha hai ma chú kÌ 5 5S xcss Trang 18

1) Sơ đồ chỉnh lưu cầu ! pha - 55 5 s<< << <5 Trang 18 2) Sa db diing may BIEN AP o cccccecsceresceeseoeeeeeeeeverereeeseesees Trang 19

€C Dao động ký điện từ (Oscillocope) - 5 5S vs Trang 2l

I Nguyên tắc hoạt động của Oscillocope ¿5-55 <+3 Trang 2]

l) ƠNG PRỐNG GIẾN ÑỄ GuáckcucGccccccjkcociseo Trang 2l

2) t0 Hy 1c seduee Trang 24

Il Cau tao va cach sử dụng dao động ký điện tử Trang 25

l) Dao động ký điện tử l chùm tía - Trang 25 2) Dao động ký điện tử 2 chùm tỉa - <5 5S: Trang 30

LH Phép đo chỉnh lưu dòng điện xoay chiểu ¿5 Trang 34

[00 0100 1l Greaeeesesssaexoveeeeeoaaeooaeoaenaaesevssan Trang 34 BET CR ID 2c20112136400%x4A0241À151ã6áG248801204ã20054 Trang 35

1) Di ĐRGT GD WGG0CG0 0A0 00tGaydaacacad Trang 37

2) LED phát vạ mặt và LED phát xạ cạnh Trang 38 3) Ung dung và một số kỹ thuật quan trọng của LED Trang 39

SG AT Gái sodbeictG110G15200G24001á69514GÁ8288616023222ã46 Trang 45

6) LED Why Ady iii iiiicicti ii neaetiaai eek Trang 46

7) FAAS CHIME GOR siicasenesnastsgansceisakebsanhgannnisndsaniexdante sassnbiis Trang 47

E Sử dung Bang mach dién “Chinh liu hai nita chu ky" trong day hoc Trang 51

Nghiên cửu dạy tất bài chính lưu dòng điện xoay chiều 2

LỜI MỞ ĐẦU

Mục đích giáo dục ngày nay ở nước ta và trên thế giới không chỉ dừng lại

ở việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kỹ nãng loài người đã tích lũy được trước đây, mà còn đặc biệt quan tâm đến việc cho họ bồi dưỡng năng lực sáng tạo ra những tri thức mới, phương pháp mới, cách giải quyết vấn dé mới phù hợp với hoàn cảnh của mỗi đất nước, mỗi dân tộc Trong xã hội biến đổi mau le như hiện nay và ở thế kỷ 21, người lao động cũng phải biết luôn đổi mới kiến thức và năng lực của mình cho phù hợp với sự phát triển của khoa

học, kỹ thuật Lúc đó, người lao động phải có khả năng tự định hướng và tự học để thích ứng với đòi hỏi mới của xã hội Giáo dục không phải chỉ chú ý

đến yêu cầu xã hội đối với người lao động, mà còn phải chú ý đến quyền lợi, nguyện vọng năng lực, sở trường của cá nhân Sự phát triển đa dạng của cá nhân sẽ dẫn đến sự phát triển mau lẹ, toàn diện và hài hòa của xã hội

Trong quá trình dạy học, cả giáo viên và học sinh có những nhiệm vụ cụ

thể, Giáo viên là người tổ chức điều khiển còn học sinh là người tự tổ chức, tự điều khiển, tự chiếm lĩnh trị thức, kỹ năng bằng chính những thao tác, hoạt động trí tuệ của riêng mình dưới sự tổ chức, điểu khiển của giáo viên Vì lẽ

đó, trong xu thế dạy học hiện đại, phương pháp dạy học phải phát huy cao độ

tính tích cực, độc lập, sáng tạo trong hoạt động nhận thức của học sinh, làm

cho học sinh say mê, hứng thú học tập, đạt chất lượng và hiệu quả cao

Ngoài việc dùng lời nói, từ ngữ khi dạy học, giáo viên còn cần phải sử dụng các biện pháp và thủ thuật khác phù hợp với hoàn cảnh nhằm làm cho bài giảng sinh động, thực tế hơn, giúp học sinh có thể tiếp thu một cách tự

Luận văn này sẽ trình bày lý thuyết về các loại điode, dùng trong việc

chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, quan sát dòng điện trước và sau chỉnh lưu bằng dao động ký điện tử (Oscilloscope) và bảng mạch điện "chỉnh lưu 2 nửa chu ky” để minh họa cho học sinh khi không có đao động ký điện tử

Với mô hình đơn giản như vậy, ta có thể đưa vào hỗ trợ khi dạy bài chỉnh

lưu dòng điện xoay ở lớp 13 Học sinh sẽ rất thích thú khi được quan sắt sự mồ

tả lại đường đi của dòng điện và sẽ để dàng tiếp thu được tiết học đó

Nghiên ciều day tốt bài chỉnh lựa dòng điện xoay chiều 3

Mối nới P_N (đdiode) chính là nền tảng phát triển của ngành điện tử ngày nay

Diode ban dẫn được định nghĩa là dụng cụ bán dẫn có I tiếp xúc chỉnh lưu

và 2 cực điện chỉ cho dòng điện đi qua theo I chiều Sau này, do sự phát triển

mạnh mẻ của các dụng cụ bán dẫn, danh từ “điode” chỉ mang tính lịch sử

Nghĩa là các dụng cụ bán dẫn mang tên diode hiện nay không phải cũng chỉ có

2 cực và chỉ sử dụng như dụng cụ l chiều

Các thông số kỹ thuật của diode:

- Điện áp nghịch cực đại (Volt): mức điện áp giới hạn, trên mức này diode đi vào hiện tượng đánh thủng làm hư diode

Điện án DC nghịch ( Vreverse): mức điện áp danh định

- Dong trung bình thuận (ly: Forward): cường độ dòng điện làm việc của diode

-_ Dòng trung bình thuận cực đại (lr„„.): khi dẫn điện, diode bị đốt nóng

bởi công suất Pp = (Vọ.lg) Dòng Ig„„„ là mức giới hạn, quá dòng này diode sé

bị quá nhiệt và hư hỏng

- Đòng đột biến (l„„: surge): la dòng đột ngột tăng cao (khi mới mở may) dòng này cho thấy khả năng của diode chịu các trạng thái quá độ trong

mạch Thường dòng l„„; được quy địng trong thời gian Ì giây

- Vp (I= 10 mA): điện áp giảm trên mối nối P_N, điện áp này được đo ở đòng quy định Ở đây, dòng lấy làm chuẩn để do Vụ= 10mA

IIL.Các loại diode bán dẫn:

Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiêu 4

-_ Những điode trước đây thường làm bằng phương pháp hợp kim (phương

pháp đơn giản nhất), là phương pháp làm nóng chảy viên bi kim loại để tạo lớp chuyển tiếp PN Hiện nay, các diode chủ yếu được chế tạo bằng phương pháp khuếch tán

- Cấu trúc bên trong va hinh dang vỏ bọc bên ngoài phải đảm bảo 3 yêu cầu: sự tán nhiệt tốt khi diode làm việc ở chế độ dòng lớn, hạn chế các yếu tố

kí sinh khi làm việc ớ tần số cao, có kích thước nhỏ nhất

Thân của diode dòng nhỏ có thể dài cỡ 0,3 cm; trên vỏ diode có các vòng

nhiểu màu để chỉ loại va loai chat tao diode, Loai diode dòng nhỏ có dòng

thuận cỡ 100mA, dòng ngược bão hòa điển hình cỡ 5 ở 25°C điện áp đánh thủng nhỏ hơn 75V Các diode dòng trung bình thì lớn hơn (về kích thước), trên

vỏ ghi ký hiệu điode nên dễ dàng xác định cực của nó Dòng thuận cỡ 100mA, điển áp đánh thủng ngược nhỏ hơn 200V Phương pháp tỏa nhiệt chủ yếu của điode dòng nhỏ và dòng trung bình là dựa vào sự đối lưu không khí và sự dẫn

nhiệt qua chân diode

b.Các thông số kỹ it:

Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lieu dòng điện xoay chiều 5

H.3: Đặc tuyến Voit - Ampe của diode silic dòng nhỏ

Từ đặc tuyến Volt_Ampere, có thể thấy những tham số quan trọng nhất

của diode chỉnh lưu:

- Dòng bão hoà ngược I,„ : càng nhỏ hơn so với dòng thuận càng tốt

- Điện áp thông thuận Uy : là điện áp phân cực thuận, bắt đấu từ đấy

đòng thuận tăng lên đáng kể Điện áp thông thuận phụ thuộc vào đặc tính của

vật liệu bán dẫn chế tao diode

- Dòng thuận cực đại I„„, (Igu) là dòng thuận lớn nhất có thể cho qua diode Đôi khi tham số này thay bằng công suất cực đại Đây là thông số quan

trọng, nói lên khả năng ứng dụng của điode

- Điện trở động của điode rạ là độ đốc của đặc tuyến thuận điode tại

điểm khảo sát, được xác định bằng tỉ số giữa gia số của điện áp và gia số của

đòng điện tương ứng

Diode chỉnh lưu dùng để đổi điện xoay chiểu (50 Hz⁄ 60 Hz) sang điện một chiều Đây là loại diode rất thông dụng, chịu được dòng tif vai tram mA đến loại công suất cao chịu được vài trăm Ampere (ding trong công nghiệp),

diode chỉnh lưu thông thường là loại Sỉ

Ngoài ra, người ta còn loại diode tách sóng có hình dạng nhỏ, thuộc loại tiếp điểm, hoạt động tẩn số cao, có nhiệm vụ như điode chỉnh lưu nhưng chủ yếu là với tín hiệu biên độ nhỏ và ở tần số cao

2 Diode Zener (diode 6n ap):

Nghiên cứu dạy tất bài chính lưu đòng điện xoay chiều 6

Là diode làm việc dựa trên cơ sở hiệu ứng đánh thủng thác lũ và đánh

thủng zener chuyển tiếp PN giúp cho hiệu điện thế 2 đầu Zener có giá trị không đổi (đặc tính ghim áp) Diode ổn định thường hoạt động ở chế độ phân

cực ngược do các hạt dẫn sinh ra trong quá trình đánh thủng thác lũ và đánh

thủng Zener Vì thường dùng ở chế độ dòng lớn nền là diode silic tiếp mặt

- Từ đặc tuyến, ta có các tham số điện cần chú ý sau:

+ Điện áp ổn đỉnh U; (điện áp Zener): là điện áp ngược đặt vào diode

làm phát sinh hiện tượng đánh thủng, trong quá trình làm việc, diode giữ ổn định ở điện áp này Với mỗi loại diode ổn định, điện áp ổn định biến thiên

khoảng hẹp nhất định Giới hạn đưới của khoảng này là điện áp nhỏ nhất làm phát sinh hiện tượng đánh thủng, giới hạn trên là điện ấp ngược ứng dòng ngược cực đại cho phép

Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiễu 7

Ta thấy, trở kháng động càng nhỏ, đặc tính ổn định càng cao, trường hợp

lý tưởng, độ đốc đặc tuyến gần bằng không, nghĩa là đặc tuyến ngược gần

vuông góc với trục hoành

Trở kháng động là tham số đặc trưng cho khả năng ổn định của diode

+ Điện trở tĩnh R là tỉ số giữa điện áp và dòng điện trên diode ổn định tại

điểm công tác

R= U,/ IL,

Điển trở tĩnh phụ thuộc dòng điện chảy qua diode, trong khoảng điện áp

ổn định, điện trở tĩnh có giá trị hầu như không đổi

+ Hệ số ổn định Z: là tỷ số giữa độ biến đổi tương đối của dòng điện qua

diode và độ biến đổi tương đối của điện áp trên diode

Như vậy, Z là tỷ số giữa điện trở tĩnh và điện trở động tại điểm công tác của điode nên diode có hệ số ổn định Z càng cao càng tốt Các điode ổn định silic thường có hệ số ổn định Z = 100

+ Hệ số nhiệt đô của điện áp ổn định 6y : cho biết sự biến đổi tương đối

của điện ấp ổn định khi nhiệt độ thay đổi 1C:

+ Nhiệt trở K là nhiệt trở giữa miền điện tích không gian và môi trường bên ngoài Khí cho giá trị nhiệt trở thường kèm theo điều kiện làm lạnh

Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lu dòng điện xoay chiêu 8

b) Ung dung:

Diode ổn áp được dùng chủ yếu làm ổn định điện áp,ổn định dòng điện

và các điện lượng kể trên khi nhiệt độ thay đổi (bù nhiệt)

Ổn định điện áp phân cực thuận trên các chuyển tiếp PN khi nhiệt độ thay đổi là vấn để rất quan trọng khiến các dụng cụ bán dẫn làm việc ổn định

Các chuyển tiếp PN bán dẫn silic có hệ số nhiệt âm, trong khi diode ổn định có

thể có hệ số nhiệt dương Người ta lợi dụng đặc tính này để bù nhiệt

3 Diode ngugc (suy biển):

Diode tunnel hoat déng dựa trên hiệu ứng tunnel của chuyển tiếp PN Đối

với các diode chỉnh lưu, nỗng độ đono trong bán dẫn N và acxep to trong bán

dẫn P nằm trong khoảng giới hạn nhất định và mức Fermi của loại diode này Ở khoảng gắn giữa vùng cấm Nếu tăng nồng độ tạp chất trong bán dẫn P và N lên tới mức làm bán dẫn thành bán dẫn suy biến, Lúc này mức Fermi đã dịch

đến sát đáy vùng dẫn bên bán dẫn N và đỉnh vùng hóa trị bên bán dẫn P Khi

đó ta có điode ngược ( diode suy biến)

Diode ngược có ký hiệu mạch và đặc tuyến Volt_Ampere có dạng:

Ái

b/

H.6 : Đặc tuyến Volt - Ampe (a) và kỷ hiệu mạch (b)

của diode ngược

a) Nguyên lý làm việc của diode ngược: dựa vào giản đổ vùng năng

lượng

Mức Fermi nằm sát đáy vùng dẫn bên N và đỉnh vùng hóa trị bên P Chỉ cẩn l điện áp phân cực ngược nhỏ đã xuất hiện hiệu ứng xuyên hẩm theo ngược chiều, làm dòng ngược tăng rất nhanh, không có đoạn bão hòa như

điode chỉnh lưu thông thường

Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dong điện xoay chiếu Ụ

sự tăng đòng điện chậm hơn nhiều so với sự tăng điện áp Và điểm uốn của đặc tuyến thuận cũng xảy ra muộn hơn so với trường hợp bình thường

Ngoài ra còn có các tham số:

- Đô nhạy dòng h: là tỉ số giữa dòng nắn ngắn mạch và công suất tín hiệu cao tần đưa vào diode

hạ = lọ / Pvcy

Cho biết khả năng của diode tách tín hiệu có ích ở đầu ra khi đưa vào đầu

vào tín hiệu cao tẩn Các diode tách sóng làm từ silic có độ nhạy dòng cỡ 4AU/W.

Nghiên ciêu đạy tốt bài chỉnh [đá dòng điện xoay chiêu I0

- Nhiệt đô tạp âm tương đối Tụ,: bằng tỈ số giữa công suất tạp âm vốn có của điode ở đải tấn pf và tạp âm nhiệt trong dải tần ấy

Py, = P,/ kTpf

CHá trì nhiệt độ tạp âm tương đổi khác nhau tùy theo giá trị và dạng tin

hiệu đặt vào diodc tách sóng

- Tổn hao biến đổi L: tỉ số giữa công suất tần số cao đưa vào diode trộn sóng và công suất tần số trung bình trên điện trở tải R, ở điều kiện phối hợp trở

Tách trộn sóng hay dùng trong các mạch khóa xung có biên độ nhỏ

- Ưu điểm: Độ nhạy dòng cao (10-20 lan) trong mạch V tách sóng Trong mạch trộn sóng vùng tần số âm thanh và hình ảnh, tạp âm thấp

- Khuyết điểm: Áp vào dòng hoạt động nhỏ

- Chú ý: chịu ảnh hưởng nhiệt

4.Diode tunnel:

Khi ta đã có được diode suy biến ở nồng độ tạp chất trong bán dẫn P và N nhất định, nếu vẫn tiếp tục tăng nồng độ của chúng lên thì sẽ làm mức Fermi nằm sau vào đáy vùng dẫn bên bán dẫn N và đỉnh vùng hóa trị lên bán dẫn P

Lúc đó ta có diode tunnel (diode Esaki) và điode hoạt động cũng dực trên hiệu ứng tunnel

Vật liệu chế tạo điode này thường gặp là Ge hay GaAs với nồng độ hạt dẫn rất cao nên có vùng tiếp xúc hẹp, hiệu số thế tiếp xúc khá lớn

Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều H

lo [mA]

4 Miễn điện trổ âm

Đặc tuyến Volt-Ampere của diode tunnel dựa theo tính toán lý thuyết

- Dựa vào giản đổ vùng năng lượng chuyển tiếp PN pha tạp nhiều, ta

thấy:

+ Khi phân cực ngược:

Giản đồ vùng năng lượng dịch chuyển ! đoạn qU (U: điện áp ngoài đặt

vào) theo hướng làm vùng năng lượng uốn cong thêm, l số điện tử nằm trong vùng hóa trị bên P có năng lượng bằng mức năng lượng bỏ trống bên N Do đó,

ngoài số điện tử bị cuốn bởi điện trường, còn nhiều điện tử đi từ P sang N theo

phương thức xuyên hầm

Càng tăng điện áp ngược, đáy vùng dẫn bên N càng thấp, miền hóa trị bị điện

tử chiếm đầy bên P đối diện với miền dẫn bỏ trống bên N càng lớn, hiệu ứng tunnel theo chiều ngược càng mạnh, dòng ngược tăng vọt Trong dòng ngược của điode tunnel, thành phẩn dòng Iy c đóng vai trò chủ yếu, còn dòng Icey va dòng ngược tuy vẫn tổn tại nhưng rất nhỏ so với dòng Iy ¿ nên có thể bỏ qua Đặc tuyến ngược của diode tăng đột ngột khi điện áp ngược tăng không

có đoan bão hòa

+ Khi phân cực thuận:

Tăng dan điện áp thuận từ trạng thái cân bằng dòng thuận (I„=0), đáy vùng dẫn dịch chuyển lên trên I lượng qU làm chiều cao rào thế giảm và làm

tăng thành phần khuyếch tán điện tử từ N sang P Khi đó, các điện tử sẽ đi từ

miền N sang P theo phương thức xuyên hầm

Ngay khi phân cực thuận còn nhỏ, các hạt dẫn di chuyển không chỉ bằng

hiện tượng khuyếch tấn mà còn bằng phương pháp xuyên hẩấm là chủ yếu,

Điện áp thuận càng tăng, hiệu ứng tunnel theo chiều thuận càng tăng, dòng thuận tăng đột ngột Dòng thuận này sẽ đạt tới giá trị cực đại (khi số mức

Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 12

chiếm đẩy bên N đối diện với số mức bỏ trống bên P lớn nhất) Lúc đó, nếu

tiếp tục tăng điện áp thuận, dòng thuận giảm Hiệu ứng tunnel theo chiều thuận do đó giảm đi Và đoạn đặc tuyến Volt _ Ampere lúc này là đoạn quan trong nhất vì có xuất hiện điện trở âm (dòng giảm khi điện áp tăng)

Nghiên ciêu dạy tất bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiễu 13

Khi các mức điện tử chiếm đẩy bên N đối diện hoàn toàn với vùng cấm

bên P Hiệu ứng tunnel không còn, đòng thuận do hiệu ứng giảm cực tiểu Lúc

này, dòng thuận chủ yếu là dòng ly Tiếp tục tăng điện áp theo chiều thuận,

điode sẽ hoạt động như diode chỉnh lưu thông thường

- Điện áp dinh Uy», va điện áp đáy Ủ¿, là trị điện ấp min và max rơi trên

điode khi xuất hiện điện trở âm

- Dién ap thuan Uy, (Usp) là điện áp mà diode tunnel làm việc như diode thông thường.

Nghiên cứu day tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiễu 14

- Dién rd im Ry là giá trị nghịch đảo của độ đốc đoạn điện trở âm

- Diode tunnel dùng trong dang mạch như phát cao tắn, khuyếch tán, đóng mở

mach siéu cao hay các mạch xung số tốc độ nhanh

- u điểm: Tốc độ truyền tín hiệu nhanh, đáp ứng tẩn số hoạt động cao

(vài trăm GHg) không bị ảnh hưởng nhiệt

- Khuyết điểm: Áp hoạt động nhỏ nên nguồn phân cực hoạt động phải

ồn định tốt, khi hoạt động ở tần số cao rất dễ gặp hiện tượng cộng hưởng do điện cảm ký sinh dây dẫn và điện dung liên cực gây nên; vì chỉ có 2 cực dẫn

tín hiệu nên khó tách biệt ngõ vào và ra của mạch

5 Diode bién dung: (Varicap, epicap, varacto)

La diode bin din có lớp chuyển tiếp PN được chế tạo đặc biệt nhằm lợi

dụng đặc tính điện dung của nó Diode thuộc loại dụng cụ bán dẫn P cực điện

dung của nó có thể thay đổi trong 1 phạm vi nhất định khi thay đổi điện áp

phân cực ngược diode

Hinh 11: Ký hiệu mạch (a) vả giản đồ nguyền

ly cầu trúc (b) của Diode biến dung

Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiêu mm 15

Khi phan cực ngược chuyển tiếp PN ở I1 giá trị điện áp nhất định, miễn diện tích không gian rộng ra Toàn miền điện tích không gian có thể xem như vật liệu điện môi

(điện trở suất rất lớn) Trong khi đó, miền bán dẫn P và N có điện trở suất rất nhỏ so với miền trên nên tương đương như vất liệu dẫn điện Lúc này, cấu trúc của chuyển

tiến PN tương đương như l tụ điện phẳng

hb) Các tham số kỹ thuật:

- Điện dung max và điện dung min là giới hạn khoảng biến thiên của

điện dung diode khi điện áp phân cực ngược biến đổi Điện dung cực đại Ứng

với điện áp phân cực ngược nhỏ (gắn bằng 0) và điện dung cực tiểu ứng với

điện áp phân cực ngược lớn

- Đô dốc của đặc tuyến điền dung điện áp mô tả quan hệ hàm số giữa

điện dung của điode và điện ấp ngược đặt vào diode

- Tần số giới han: là tần số cực tiểu và tấn số cực đại Nguyên nhân gây

ra giới hạn là đo điện trở nối tiếp R¿ và điện dẫn g của chuyển tiếp PN

/ - Ro + &,

| Suns = 2zc,„Ñ

Cc) U ng dung:

Vì điện dung của điode biến dung biến đổi gắn như đồng thời với sự biến đổi điện áp ngược đặt vào điode nên người ta có thể dùng điện dung của nó

như điện dung trong mạch dao động Các diode biến dung dùng phổ biến trong

các mạch tự động điều chỉnh tần số hoặc các mạch điều tần Trong các mạch khuyếch đại tham số và nhân tần, nếu dùng diode biến dung, hệ số phẩm chất của mạch sẽ rất cao, có thể làm việc ở dải sóng milimet

6.Diode hồi phục nhảy bậc:

- Cũng là loại diode biến dung nhưng proñil tạp chất của nó có dạng đặc

biệt: giảm dần từ ngoài vào mặt tiếp xúc, tạo ra điện trường có cường độ lớn ở

mỗi phía của chuyển tiếp PN Khi đặt vào diode tín hiệu cao tần cực tính biến đổi từ thuận sang ngược, điện áp trên 2 cực không hồi phục ngay lập tức mà tại

1 điểm nào đó của chu kỳ âm, dòng ngược dừng đột ngột

- Điode này thường dùng trong các mạch phát sóng hài.

Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưw dòng điện xoay chiều 16

- Diode Schotky thường sử dụng trong các mạch tách và trộn sóng, đóng

ngắt mạch siêu cao tần với đòng và công suất lớn

Nghiên cứu dạy tốt bài chính lưe dòng điện xoay chiều 17

B.NGUYEN TAC MACH CHỈNH LƯU

Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện

một chiếu Trong kỹ thuật chỉnh lưu hiện nay, người ta thường dùng các phan

tử bán dẫn công suất ( diode, thysistor), là do chúng có hiệu suất cao, làm việc

tin cậy giá thành rẻ, chỉ phí hảo dưỡng không đáng kể kích thước và trọng

lượng bé

Điện áp và dòng điện sau chỉnh lưu có chiều không đổi nhưng vẫn dao

đông về trị số nên người ta phải dùng thêm các phần tử lọc

I.Chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ: (Half Wave Rectification)

Pro

oa

- Mach dién nhv hinh vé, bién thé chuyén dién thé xoay chiéu thanh dién

xoay chiều thấp hon V, Dién thé V, cé dạng hình sin với bán kỳ dương va bán

kỳ âm

- Nguyên tắc chỉnh lưu:

Giả sử bán kỳ dương V, ứng với cực dương ở trên, cực âm ở dưới Diode

D dẫn điện (phân cực thuận), dòng điện từ đương qua diode qua tải từ trên xuống trở về cực âm Bán kỳ âm ứng với cực âm ở trên, cực dương ở dưới Diode ngưng dẫn (phân cực nghịch) không có dòng điện qua điode

Như vậy ứng với bán kỳ dương xoay

chiểu, diode đều do dòng điện qua tải theol “°

chiều nhất định (từ trên xuống) gọi là dòng

điện l chiều, sinh ra điện thế một chiều trên

^ 2 ' i

- Dang sóng thế ngõ ra cửa chỉnh lưu

Điện thế ra Vạ biến thiên từ OV lên

đỉnh rồi xuống 0V trong bán kỳ dương đầu

(từ 0 đến T/2) và bằng 0V trong bán kỳ âm 0

kế tiếp (từ T/2 đến T) Thành phan 1 chiều

Vạ chính là trị trung bình trong | chu ky:

Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều I8

t2!

lˆ.„ =—= |Fvukkù =-T =—

Với Vọ trị đỉnh của điện thế xoay chiều vào

V, trị hiệu dung của điện thế xoay chiều vào

LI.Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ: (Full Wave Rectification)

I Sơ đồ chỉnh lưu cầu I pha:

a) Nguyên tắc hoạt động:

Giả sử bán kỳ dương ứng cực dương trên, cực âm dưới D, và D; dẫn, D›

và D, ngưng dẫn Dòng điện chạy từ dương qua D;, qua tải từ trên xuống, qua D; trở về âm Như vậy, cả toàn chu kỳ của điện xoay chiều vào, đều có dòng điện qua tải theo | chiều nhất định (từ trên xuống)gọi là đòng I chiều tạo ra

điện thế V¿x- ngõ ra trên 2 đầu tải

Khi điện áp thứ cấp của máy biến áp là u;= U+„sino

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

2

U„=^~U

z

Voi Us, là biên độ của điện áp thứ cấp của máy biến áp nguồn

- Điện áp ngược max trén mGi diode: Unga = Urn

- Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu: Kạ = 7/4

- Giá trị trung bình của dòng điện tải:

U, _ 2

Nghiên cửu day t6t bài chình lưu dàng điện xoay chiêu 19

- Giá tri trung hình i¿, giá trị hiệu dụng Ï, giá trị max l„„, của đòng điện

qua moi diode:

- Hệ số công suất của mạch thứ cấp của máy biến áp: cosø, = ae

a) Nguyên tắc hoạt đông:

Lúc này, biến thế có dây ở giữa, tạo 2 cuộn thứ cấp Bán kỳ dương ứng

cực đương trên D, dẫn, D; ngưng, dòng điện chạy qua tải từ trên xuống trở về

dây giữa 0 Toàn chu kỳ, đều có đòng điện qua tải theo | chiéu, tao dién thé | chiéu ở ngõ ra, giá trị trung bình trong | chu kỳ bây giờ lớn gấp đôi trị trung

bình ở chỉnh lưu nửa chu kỳ

Nghiên cu dạy tốt bài chình lưu dòng điện xoay chiêu / 20

- Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu:

phản ánh cường độ nhấp nhô (dao động về trị số) của điện áp chỉnh lưu

Hệ số này càng nhỏ thì điện áp chỉnh lưu càng không đổi và chất lượng chỉnh

lưu càng tốt

- Tri trung bình của dong tai: /, = ri trung bình c g tai: J, : a

- Trị cực đại l„„;, trị trung bình lạ và trị hiệu dung I cla dong dién qua

mỗi diode trong sơ đồ này, mỗi diode chỉ dẫn trong nửa chu kỳ nên:

- Công suất biểu kiến của máy biến áp nguồn: s = 2U Độ

- Hệ số công suất của mạch thứ cấp của máy biến áp nguồn:

hệ số càng lớn thì càng tận dụng được công suất của máy biến áp nguồn

LVTN Nguyễn Thị Thu Nga Trang 2]

C DAO DONG KY DIEN TU (OSCILLOSCOPE)

I NGUYEN TAC HOAT DONG CUA OSCILLOSCOPE:

Dao động ký điện tử dựa trên nguyên tắc chùm tia điện tử bị lệch trong điện trường

Là một bóng thủy tỉnh đã rút chân không, chứa các bộ phận: Một ống

phóng điện tử (Canon), để tạo chùm electron đập thẳng vào màn huỳnh quang

tạo thành một vệt sáng Vệt sáng này được điều chỉnh thành một điểm sang

thật nhỏ, nhờ hệ thống hội tu chùm tia điện tử (Focus) Bộ phận lái tia điện tử

sẽ lái chùm tia electron tạo nên những hình vẽ cần thiết trên màn huỳnh quang

đặt ở cuối bóng Màn huỳnh quang sẽ phát sáng tại những chổ có chùm tia

electron dap vao,

1) ONG PHONG DIEN 1 Ủ (Canon): tạo chùm tia electron đập vào màn

huỳnh quang, gồm:

a) Cathod (K): Là nơi phát ra electron, có dạng một ống hình trụ nhỏ, làm bằng Niken Bên trong có tim đèn để sưởi nóng catốt, bên ngoài được phủ một lớp Oxit kim loại kiểm (có công thoát nhỏ) dé phát xạ electron khi được

sưởi nóng như BaO, ThO

b) Anod 1 (A1): dạng một ống hình trụ tròn, có một lổ nhỏ ở giữa cho clectron thoát ra Anod 1 được cấp điện thế dương so với cathod để gia tốc

chùm tia electron,

c) Anod 2 (A2): dạng ống hình trụ tròn, có một lổ nhỏ ở giữa cho electron thoát ra Anod 2 được cấp điện thế đương (so với catốt) rất lớn để hút mạnh

chùm tia electron đập vào màn huỳnh quang

d) Cực điều khiển (G): (ống WehnelU: đạng ống hình trụ tròn, cũng có một lổ nhỏ ở giữa để chùm electron thóat ra, đặt giữa Cathod và Anod 1, được cấp điện thế âm so với cathod để điều chỉnh cường độ chùm tia electron

* Một ống phóng điện tử gồm các bộ phận như trên, khi cấp các điện thế

thích hợp sẽ tạo ra một chùm tia electron đập vào màn huỳnh quang

e) Hệ thống hội tụ (Foecus): Chùm tia electron phát ra từ ống phóng điện

tử sẽ được hội tụ lại nhờ các điện trường được bố trí thích hợp (thấu kính điện

tử)

Nguyên tắc của thấu kính điện tử:

Electron chuyển động trong điện trường hoặc từ trường sẽ bị lệch, quï đạo của nó có thể bị khúc xạ hoặc phản xạ như ánh sáng

Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 22

Xét I chùm electron chuyển động trong điện trường £ đều của một tụ

điện phẳng có các bản cực trong suốt (ma ZnO hay một lớp bạc mỏng), góc tới

¡¡ như hình 1 Điện trường £ làm hãm chuyển động của electron Trong đó, thành phan ï bị hãm dần, còn thành phẩn ! không thay đổi

/ =Ứ, + Nếu điện trường đủ lớn: Phản xạ >V,

cực dương của tụ điện dưới góc ¡; bằng

Vậy, ta nói chùm ta electron bị phản xạ khi gặp điện trường: ¡; = i;

- Nếu điện trường không đủ lớn : Khúc xạ

Thanh phan !ˆ không bị triệt tiêu, chùm tia electron ra khỏi bản cực kia với một góc khác góc tới Ta có sự khúc xạ

+ Khi clectron đi vào điện trường từ nơi có điện thế cao sang điện thế

thấp:

Điện trường sẽ làm hãm chuyển động của electron, góc khúc xạ lớn hơn góc tới Tương tự trường hợp khi ánh sáng khi đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ (n¡ > nạ) (hình 2)

+ Khi electron đi vào điện trường từ nơi có điện thế thấp sang điện thế cao:

Điện trường lúc này hỗ trợ chuyển động của electron, nên góc khúc xạ

nhỏ hơn góc tới Giống trường hợp ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn (n¡ < nạ) (hình 3)

Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiêu 23

Hinh 18: Khuic xai<r Hình !9: Khúc xai>r

Trên cơ sở khúc xa của chùm electron, ta có thể tạo những thấu kính điện

có tác dụng hội tụ hay làm phân kỳ chùm tia electron

Hệ thống điện cực như hình sau là một thấu kính điện, sẽ hội tụ chùm tia

thấp hơn điện thế của D,, D; Điện thế này thay đổi được nhờ một biến trở

(núm Focus)

Chim electron từ súng phóng điện tử (Canon), qua các điện cực D;, D;

sẽ phân kỳ: qua D›, D; sẽ hội tụ tại một điểm P Muốn điều chỉnh điểm hội tụ

đúng trên màn huỳnh quang, ta điều chỉnh điện thế dương cấp vào điện cực D;

(còn gọi là cực hội tụ (Focus)).

Nghiên ciêu dạy tốt bài chính lưu dòng điện xoay chiều 24 2) BỘ PHẦN LÁI TIA: (Quét)

Trong đao đông ký điện tử , người ta làm lệch chùm wa electron bằng điện trường

Dat 2 cap ban tu dién C, va C; giifa nguén electron (canon) va man

huỳnh quang làm lệch chùm tia electron theo 2 phương vuông góc nhau:

- Quét ngang -X: cấp một điện thế biến thiên theo thời gian dạng hình răng cưa (hình 5) tại cặp bản cực của tụ C; , điểm sáng trên màn huỳnh quang chuyển đông thẳng đều theo phương nằm ngang Ta được một đường sáng nằm

ngang trên màn huỳnh quang Điện thế này do mạch quét ngang bên trong dao

động ký điện tử tạo ra

» Sườn tiến Sườn quét về

Hình 2l: Điện thế quét ngang hình rãng cưa

- Quét đọc -Y: tại cặp bản cực của tụ C; đặt nằm ngang được cung cấp một hiệu điện thế cần nghiên cứu, để làm léch chim tia electron theo bé doc

Dưới tác dụng đồng thời của 2 điện trường ở 2 tụ C; và C;, vệt sáng trên màn huỳnh quang vẽ nên một đường cong (dao động đổ), biểu diễn sự biến thiên của điện thế cẩn nghiên cứu theo thời gian (hình 6)

Nếu tần số của tín hiệu cần nghiên cứu gấp đôi tần số điện thế răng cưa,

trên màn huỳnh quang, ta sẽ thấy 2 chu kỳ của dạng sóng cần nghiên cứu Tan

số dòng điện nghiên cứu càng cao, tần số quét răng cưa của dao động ký điện

tử cũng phải cao tương ứng, ta mới thấy được một vài chu kỳ của tín hiệu Đây

là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng để chọn một đao động ký điện tử

Nghién citu day tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 25

Hình 23: Điện thế răng cứa đưa vào mạch quét ngang X

và điện thế cần nghiên cứu đứa vào mạch quét dọc Y

II CẤU TẠO & CÁCH SỬ DỤNG DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ:

Tùy theo kết cấu của dao động ký điện tử mà ta có loại đao động ký điện

tử I chùm tia, dùng để quan sát, đo đạc dạng sóng điện hoặc dao động ký điện

tử 2 chùm tia để quan sát, đo đạc và so sánh đồng thời 2 dạng sóng điện

1) DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ 1 CHÙM TIA:

Nghiên cứu dạy tất bài chỉnh lựa dòng điện xoay chiêu 26

Ta thường thấy dao động ký điện tử ! chùm tia loại đơn giản có các nút điều chỉnh như dưới đây (hình 7):

PILOT LAMP INTENSITY (PULL ON)

FOCUS VERT

Hình 24: Mặt triúfc dạo động ký điện tự

Các nút điều chỉnh được bố trí thành 3 khối: khối lệch dọc khối lệch

ngang & khối đồng bộ hoặc khối vị trí, khối lệch dọc và khối lệch ngang & đồng hộ (như hình 7):

Khối vị trí (POSITION):

+ ON/OFE: tắt, mở nguồn điện cho may