Giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng cấu tạo các đặc tính của diot trong mạch xoay chiều p4 potx

Bằng các phương pháp tính toán ta có điện áp ra của nó tỉ lệ với tốc độ thay đổi của điện áp vào: Ur= - RC dUv dt 1-23 Khi tín hiệu vào là hình sin, bộ vi phân làm việc như một bộ lọc c

+ M¹ch ®iÖn vµ ký hiÖu: H×nh 1.27

A, B lµ c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo Z lµ tÝn hiÖu ®Çu ra

H×nh 1.27: M¹ch OR

a) kÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn

+ Nguyªn lý lµm viÖc

Ph©n tÝch t−¬ng tù nh− m¹ch ®iÖn AND , ta xÐt 4 tr−êng hîp kh¸c nhau

ë ®Çu vµo KÕt qu¶ ta ®−îc b¶ng chøc n¨ng 1.7

B¶ng chøc n¨ng ®iÖn ¸p cña m¹ch ®iÖn h×nh: 1.27

Ta thÊy chØ cÇn cã 1 tÝn hiÖu ®Çu vµo ë møc cao th× VZ ë møc cao §ã lµ

quan hÖ Logic OR

B¶ng ch©n lý

A B Z

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Ta thấy rằng mối quan hệ giữa tín hiệu đầu ra Z với các tín hiệu đầu vào

A, B được biểu thị bằng phép cộng Logic:

1.5.3 Cổng NOT

+ Mạch điện và kí hiệu (Hình: 1.28)

V1(A) là tín hiệu đầu vào

V0(z) là tín hiệu đầu ra

Eq là nguồn điện áp ghim

Dq là điôt ghim

Hình: 1.28: Cổng NOT

a) Kí hiệu b) Mạch điện

+ Nguyên lý làm việc

Trong cổng NOT tranzito cần làm việc ở chế độ đóng mở Khi V1 ở

mức thấp thì T ngắt hở mạch, V0 ở mức cao Khi V1 ở mức cao thì T thông bão

hoà, V0 ở mức thấp Như vậy mạch có chức năng logic NOT Tác dụng của

nguồn âm là EB là bảo đảm T ngắt hở tin cậy khi V1 ở mức thấp EQ và DQ có

tác dụng giữ mức cao đầu ra ở giá trị quy định Để phân tích nguyên lý công

tác cổng NOT, ta hãy áp dụng phương pháp cơ bản dùng phân tích mạch là:

E B = -12V

giả thiết, tính toán, phân tích, so sánh, kiểm tra, kết quả Bây giờ ta xét tình huống V1= 3,2V và 0.3V

- Khi V 1 = 3,2V

Giả thiết rằng tranzito T thông bão hoà, điôt DQ ngắt Với giả thiết như thế, tương ứng ta có: VB= 0,7V; V0=VCSE= VC= 0,3V; IDQ= 0

Tính toán: căn cứ vào các thông số mạch đã cho ta tính dòng và áp

Mạch điện tương đương Hình: 1.29

A R1 1.5K B b

I1 IB

VI3.2V I2 R2 18K VBES

EB -12V e

Ta có: I1=

1

A B

R

ư

=3,2 0,7 1,5

ư

= 1,67 (mA)

I2=

2

B B

R

ư

= 0,7 ( 12)

18

ư ư

= 0,71 (mA)

IB = I1- I2= 1,67- 0,71 = 0,96 (mA)

VDQ= VCES- EQ= 0,3- 2,5 = -2,2 (V)

Vì ICS = C CES

C

R

ư

= C C

E

R = 12/1 = 12 (mA)

IBS= I CS

β =

12

30= 0,4 (mA)

Kiểm tra: căn cứ kết quả tính toán, đối chiếu điều kiện đóng mở, có thể biết giả thiết hợp lý đúng hay sai Nếu sai thì phải xét lại giả thiết, đưa ra giả thiết hợp lí rồi tính toán kết quả Trong trường hợp của chúng ta, vì IB > IBS,

VDQ < 0,5 nên giả thiết ban đầu là hợp lý

-Khi V 1 = 0,3V

Hình 1.30: Sơ đồ tương đương của mạch

R1 1.5K +

VBE

V1 0.3V R2 18K - e

EB 12V

Khi V1= 0,3V vì tác dụng của nguồn âm EB, điện thế của bazơ nhỏ hơn 0.3V, nên tranzito ngắt 1 cách tin cậy, đồng thời điôt ghim DQ thông

V0= EQ+ VDQ = 2,5 + 0,7 = 3,2 V Đầu ra có mức cao

Tóm lại mạch điện hình 1.28b đúng là cổng NOT Vì khi V1 là mức cao thì V0 là mức thấp, khi V1 là mức thấp thì V0 là mức cao

Ta có bảng chân lý của cổng NOT Z= A

A Z

0 1

1 0

1.5.4 Mạch điện cổng NAND (Mạch và đảo)

+ Mạch điện và kí hiệu Hình: 1.31

Hình 1.31: Cổng NAND a) kí hiệu b) Mạch điện

+ Nguyên lý làm việc:

Mạch điện Hình 1.31 Gồm 2 phần: Phần cổng AND bên trái và phần

cổng NOT bên phải Vậy quan hệ đầu ra và đầu vào là NAND (Và- Đảo)

Biểu thức hàm logic của NAND là:

Bảng chân lí cổng NAND

1.6 Mạch Tích phân

iC C

ir R A

Uv U0

Hình 1.32: Mạch tích phân Sơ đồ bộ tích phân đ−ợc mô tả trên hình: 1.32

Từ điều kiện cân bằng dòng ở nút A, iR= iC ta có:

-C dUr

dt = Uv

R (1-20)

Ur= 1

RC ∫Uvdt + Ur0 (1-21)

ở đây: Ur0 là điện áp trên tụ C khi t=0 (là hằng số tích phân xác định từ

điều kiện ban đầu)

+

Thường khi t= 0, Uv= 0 và Ur= 0 Nên ta có:

Ur= 1

τ 0

t

Uvdt

∫ (1-22)

ở đây: τ= RC gọi là hằng số tích phân của mạch Khi tín hiệu vào thay

đổi từng nấc, tốc độ thay đổi của điện áp ra sẽ bằng:

Ur

t

Δ

Δ = -

Uv

RC nghĩa là ở đầu ra bộ tích phân sẽ có điện áp tăng (hay giảm) tuyến tính theo thời gian

Đối với tín hiệu hình sin, bộ tích phân sẽ là bộ lọc tần số thấp, quay pha tín hiệu hình sin đi 900 và hệ số khuếch đại của nó tỉ lệ với tần số

1.7 Mạch Vi phân

R

Uv C Ur

Hình 1.33: Mạch vi phân

Bộ vi phân cho trên hình: 1.33 Bằng các phương pháp tính toán ta có

điện áp ra của nó tỉ lệ với tốc độ thay đổi của điện áp vào:

Ur= - RC dUv

dt (1-23) Khi tín hiệu vào là hình sin, bộ vi phân làm việc như một bộ lọc cao tần,

hệ số khuếch đại của nó tỉ lệ thuận với tần số tín hiệu vào và làm quay pha

Uvào một góc 900 Thường bộ vi phân làm việc kém ổn định ở tần cao vì khi đó

Zc= → 0 làm hệ số hồi tiếp âm giảm nên khi sử dụng cần chú ý đặc điểm này

và bổ sung 1 điện trở làm nhụt R1

+

1.8 Bộ ghép quang- opto- Couplers

1.8.1 Đại cương

Trong Anh ngữ bộ ghép quang còn được gọi là Photo coupledisolators, Photo- coulers, Photo- coupled pairs và Optically Coupled Pairs Từ thông thường nhất cho linh kiện này là Opto- Couplers

Bộ ghép quang dùng để cách điện giữa những mạch điện có sự khác biệt

về điện thế khá lớn Ngoài ra nó còn được dùng để tránh các vòng đất (ground circuit, circuit terrestre) gây nhiễu trong mạch điện

1.8.2 Cơ chế hoạt động

Thông thường bộ ghép quang gồm 1 điôt loại GaAs phát ra tia hồng ngoại và một phototranzito với vật liệu Si Với dòng điện thuận, điôt phát ra bức xạ hồng ngoại với chiều dài sóng khoảng 900nm Năng lượng bức xạ này

được chiếu lên trên mặt của phototranzito hay chiếu gián tiếp qua một môi trường dẫn quang Hình 1.38

Hình 1.34: Bộ ghép quang

Đầu tiên tín hiệu được phần phát (LED hồng ngoại) trong bộ ghép quang biến thành tín hiệu ánh sáng Sau đó tín hiệu ánh sáng được phần nhận (Phototriac) biến lại thành tín hiệu điện

Hình 1.35: Phototriac

1.8.3 Tính chất cách điện

Như đã nói, bộ ghép quang thường được dùng để cách điện giữa hai mạch

điện giữa hai mạch điện có điện thế khác biệt khá lớn Bộ ghép quang có thể làm việc với dòng điện một chiều hay với tín hiệu điện có tần số khá cao Đặc biệt với thể tích nhỏ bé, bộ ghép quang tỏ ra ưu việt hơn so với biến thế

+ Điện trở cách điện

Đó là điện trở với dòng điện một chiều giữa ngả vào và ngả ra của bộ ghép quang có trị số bé nhất là 1011 Ω, như thế đủ đáp ứng yêu cầu thông thường Như thế chúng ta cần chú ý, với dòng điện rò trong khoảng nA có thể

ảnh hưởng đến hoạt động của mạch điện, ví dụ khi dòng điện rò chạy vào cực gốc của phototranzito còn để trống Gặp trường hợp này ta có thể tạo những khe trống giữa ngả ra và ngả vào Nói chung với bộ ghép quang ta cần có mạch in loại tốt

+ Điện dung cách điện

Cấu trúc của bộ ghép quang gồm có phototranzito, LED, phần cơ có thể tạo một điện dung từ 0,3 ữ 2pF Điện dung này được đo khi chân ở ngả vào cũng như chân ở ngả ra được nối tắt Với sự thay đổi cao áp khá nhanh (500V/μs) giữa ngả ra và ngả vào, điện dung kí sinh có thể truyền đi sự thay

đổi và xung điện ở ngả ra có những gai nhọn Trong trường hợp này nên sử dụng bộ ghép quang không có chân nối với cực gốc, và giữa cực thu với cực phát nên nối một tụ điện để làm giảm gai nhiễu ở xung ra Để không tạo thêm

điện dung kí sinh, với bộ ghép quang ta không nên dùng chân đế để cắm IC

+ Điện thế cách ly

Điện thế cách ly là điện thế cao nhất mà bộ ghép quang có thể chịu

đựng nổi Điện thế cách ly còn tuỳ thuộc vào cấu trúc của bộ ghép quang, không khí

1.8.4 Hiệu ứng trường

Dưới một điện thế khá cao giữa LED và phototranzito có khoảng cách khá gần, ta có một điện trường khá lớn Nừu bộ ghép quang làm việc với điều kiện như thế liên tục vài ngày, các thông số của bộ ghép quang (đặc biệt với tranzito) bị thay đổi

Hiệu ứng trường càng rõ ràng hơn với nhiệt độ cao (1000C) và một điện thế một chiều khá cao (1KV) Các thông số như độ khuếch đại, điện áp và dòng điện ngược có thể thay đổi Với một điện trường khá lớn ta có một hiệu ứng giống như với tranzito MOS: có sự đảo điện ở bề mặt

So với tranzito, các thông số của LED rất ổn định dưới tác dụng của

điện trường

Người ta có thể bảo vệ lớp chuyển tiếp pn của tranzito Silicon bằng một màng ion trong suốt để chống lại ảnh hưởng của điện trường (Transparent Ion Shield- Trios) Ví dụ với bộ ghép quang SFH6106

1.8.5 Sự lão hoá

Với thời gian, công suất phát sáng của LED bị giảm đi, do đó ta có hệ

số truyền đạt của một bộ ghép quang bé đi Người ta tránh sự lão hoá của một

bộ ghép quang bằng phương pháp “Burn- in” Sau khi sản xuất các bộ ghép quang được cho làm việc với dòng điện và với nhiệt độ xung quanh khá lớn trong một thời gian (24h) Do đó bộ ghép quang bị lão hoá trước và nó không

bị lão hoá nhanh như các bộ ghép quang chưa qua “Burn- in”

Để cho bộ ghép quang làm việc lâu dài không bị lão hoá quá nhanh, nhiệt độ xung quanh và dòng điện làm việc phải giữ càng thấp càng tốt

1.8.6 Hệ số truyền đạt

Thông số quan trọng nhất của bộ ghép quang là hệ số truyền đạt dòng

điện Hệ số truyền đạt là hệ số tính theo phần trăm cho biết dòng điện ra (của một phototranzito) lớn hơn so với dòng điện vào của LED hồng ngoại trong một bộ ghép quang

1.8.7 Bộ ghép quang với phototriac

Đ−ợc dùng để điều khiển các triac công suất

Chỉ có một điện trở han dòng cho phototriac Hình 1.38

Hình 1.38: Photriac dùng để điều khiển triac công suất

Với bộ lọc RC để chống nhiễu dV/dt và các xung điện cao tần

Hình 1.39

Hình 1.39: Phototriac dùng thêm bộ lọc RC Varistor bảo vệ phototriac không bị các xung điện quá cao làm hỏng khi triac làm việc với dòng điện và điện áp cao Hình 1.40

Hình 1.40: Phototriac dùng varistor chống xung điện quá cao

Ta có bảng so sánh đặc tính các linh kiện ghép tín hiệu