Mach nghich lưu 1 pha

1.1 Yêu cầu thiết kế. Điện áp đầu vào một chiều: U=12V. Điện áp đầu ra xoay chiều : U=220V Tần số: 50Hz Công suất: 300W. Sản phẩm yêu cầu mĩ thuật, kỹ thuật. Đảm bảo an toàn về mặt thí nghiệm, kiểm trasản phẩm.1.2 Phân tích yêu cầu đề tài. Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải thiết kế một bộ nghịch lưu cho ra điệnáp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số đo đầu ra là 50Hz, công suất racủa bộ nghịch lưu là 300W. Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch. Mạch sử dụng biến áp xung ởđây như bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao hơn nhiều lần so với giá trị ápban đầu. Đề tài ở đây là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh kiệncông suất. Mạch sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất như Transistor,MOSFET,OPAMP.. IC tạo xung NE555, và đặc biệt là biến áp xung nhỏ gọn, vớitần số kích lớn cũng như công suất đầu ra lớ

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn toàn thể quý thầy cô thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông đã giảng dạy và cung cấp các kiến thức nền tảng cho em từ môn kĩ thuật xung số, đến môn điện tử ứng dụng và đồ án điện tử ứng dụng Tuy các kiến thức đó chưa

đủ để làm việc trong môi trường thực tế, nhưng lượng kiến thức đó vô cùng quý báo, vì

đó là nền tảng để tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn

Tiếp theo, em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Duy Nhật Viễn, thuộc Khoa Điện Tử Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã cung cấp cho em đề tài Đồ Án: “Mạch nghịch lưu một pha sử dụng biến áp xung” và tận tình hướng dẫn đề tài cho

em, cũng như trong việc giúp em tìm và đưa ra các hướng giải quyết vấn đề Tuy không

có nhiều thời gian làm dự án này xuyên suốt với thầy, nhưng nhờ những gợi ý của thầy

mà em có thể thuận lợi giải quyết được các vấn đề trong dự án và hoàn thành tốt được đề tài đồ án môn học

Và em cũng chân thành cám ơn trường Đại học Đà Nẵng đã cung cấp cho em một môi trường học tập với đầy đủ các trang thiết bị và tài liệu học tập và nghiên cứu trong 4 năm học vừa qua

Cuối cùng em xin chúc trường Đại học Đà Nẵng ngày càng phát triển và mở rộng quy mô, đạt chuẩn chất lượng của khu vực và thế giới, cung cấp đầu ra nguồn nhân lực chất lượng cao Và em xin chúc quý thầy cô thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông dồi dào sức khoẻ và thành công trong cuộc sống

Đà Nẵng, ngày 27 tháng 12 năm 2018

Sinh viên

Trần Ngọc Linh Huỳnh Đức Quang Vinh Nguyễn Ngọc Nhật

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

Nhận xét giáo viên hướng dẫn 5

1 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI MẠCH NGHỊCH LƯU 1 PHA 6

1.1 Yêu cầu thiết kế 6

1.2 Phân tích yêu cầu đề tài 6

1.3 Mục đích làm đề tài 6

1.4 Ý nghĩa của đề tài 6

2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU 7

2.1 Giới thiệu về mạch nghịch lưu 7

2.2 Khái niệm và phân loại nghịch lưu 7

2.2.1 Khái niệm 7

2.2.2 Phân loại: 7

2.3 Lựa chọn bộ nghịch lưu 8

2.4 Kết luận chương 8

3 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN CÓ TRONG MẠCH 9

3.1 Điện trở 9

3.1.1 Phân loại và ký hiệu 9

3.1.2 Thông số kỹ thuật 10

3.1.3 Ứng dụng tiêu biểu 11

3.2 Tụ điện 11

3.2.1 Cấu tạo 11

3.2.2 Ký hiệu đơn vị và trị số 12

3.2.3 Phân loại 12

3.2.4 Phương trình nạp xã của trụ 12

3.2.5 Ứng Dụng của tụ điện 12

3.3 Diode 14

3.3.1 Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn 14

3.3.2 Phân cực thuận cho Diode 15

3.4 BJT 15

3.4.1 Cấu tạo và ký hiệu 15

3.4.2 Phân loại 15

3.4.3 Các thông số kỹ thuật của BJT 15

3.4.4 Phân cực cho BJT 17

3.4.5 Ứng dụng của BJT 17

3.5 MosFest 18

3.5.1 Phân loại 18

3.5.2 Cấu tạo và ký hiệu 18

3.5.3 Các thông số kỹ thuật của Mosfet 18

3.5.4 Nguyên lý hoạt động 19

3.5.5 Ứng dụng của Mosfet 19

3.6 OP-AMP 19

3.6.1 Cấu tạo và ký hiệu 19

3.6.2 OP-AMP có cấu tạo như hình vẽ 19

3.6.3 AMP lý tưởng và OP-AMP thực tế 20

3.6.4 Ký hiệu của OP-AMP 20

3.6.5 Nguyên lý hoạt động 20

3.6.6 Ứng Dụng chính của OP-AMP 20

3.7 Vi mạch định thời IC555 22

3.7.1 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của IC555 22

3.7.2 Ứng Dụng IC555 23

3.8 IC chia xung CD4017 27

3.8.1 Giới thiệu IC4017 và một số hình ảnh 27

3.8.2 Sơ đồ chân và tác dụng của từng chân 27

3.8.3 Xung clock và sơ đồ nguyên lý làm việc của CD4017 28

3.9 Máy biến áp xung 29

3.9.1 Đặc điểm chung của máy biến áp xung 29

3.9.2 Máy biến áp xung khác máy biến áp thường ở chỗ nào? 29

3.10 Cấu tạo 29

3.10.1 Nguyên tắc hoạt động 29

4 Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH NGHỊCH LƯU.30 4.1 Nội dung của chương 4: 30

4.2 Yêu cầu thiết kế 30

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha 31

4.2.2 Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha 32

4.3 Thiết kế 32

4.3.1 Thiết kế mạch Astable 32

4.3.2 Thiết kế mạch vi phân 35

4.3.3 Thiết kế mạch Monostable 36

4.3.4 Thiết kế mạch kích Mosfet 38

4.3.5 Thiết kế máy biến áp xung 41

4.3.6 Thiết kế mạch hồi tiếp và ổn định điện áp 43

4.4 Tổng Kết Chương 3 46

5 Kết luận Luận và hướng phát triển đề tài 47

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 : Một số loại điện trở có trong thực tế 9

Hình 2: Kí hiệu các loại điện trở 9

Hình 3: Ví dụ cầu phân áp 11

Hình 4: Một số tụ điện có có trong thực tế 11

Hình 5: Tụ biến đổi hoặc tụ xoay Hình 6:Tụ bán chỉnh hoặc tụ chỉnh 12

Hình 7: Mạch lọc LC 12

Hình 8: Sơ đồ mạch vi phân và dạng sóng 13

Hình 9: Một số hình ảnh diode ngoài thực tế 14

Hình 10: Cấu tạo của diode 14

Hình 11: Cấu tạo và hình dáng diode 14

Hình 12: P-N-P Transistor Hình 13:N-P-N Transistor 15

Hình 14: Mạch phân cực dùng 2 nguồn điện khác nhau 17

Hình 15: Mạch phân cực có hồi tiếp 17

Hình 16: Mạch phân cực có hồi tiếp 17

Hình 17: Mosfet kênh N Hình 18: Mosfet kênh P 18

Hình 19: Cấu tạo OPAMP 19

Hình 20: Kí hiệu OPAMP 20

Hình 21: Mạch trừ 20

Hình 22: các chân của IC 555 22

Hình 23: Sơ đồ khối của IC 555 22

Hình 24: Sơ đồ mạch không trạng thái bền và dạng sóng 23

Hình 25: Sơ đồ mạch và dạng sóng một trạng thái bền 25

Hình 26: IC CD4017 ngoài thực tế 27

Hình 27: Sơ đồ chân CD4017 27

Hình 28: Sơ đồ khối của IC CD4017 28

Hình 29: Biến áp xung ngoài thực tế 29

Hình 30: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha 31

Hình 31: Sơ đồ khối mạch tạo xung 66kHz 33

Hình 32: Dạng sóng mạch tạo xung 66kHz 34

Hình 33: Sơ đồ mạch vi phân 35

Hình 34: Sơ đồ nguyên lý monostable 36

Hình 35: Sơ đồ dạng sóng mạch Monostable 37

Hình 36: Sơ đồ nguyên lý mạch kích mosfet 38

Hình 37: Sơ đồ đặc tuyến IRFZ44 39

Hình 38: Mặt cắt của biến áp xung 41

Hình 39: Sơ đồ nguyên lý bộ hồi tiếp 43

Hình 40: Sơ đồ mạch khuếch đại sai lệch 43

Hình 41: Sơ đồ cầu phân áp 44

Hình 42: Dạng sóng mạch tạo xung 63kHz 45

Hình 43: Dạng sóng mạch tạo xung 33kHz 45

Hình 44: Dạng sóng đầu ra của mạch Mono khi chưa có tải 45

Hình 45: Dạng sóng kích ở cầu H 46

Nhận xét giáo viên hướng dẫn

1 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI MẠCH NGHỊCH

LƯU 1 PHA

 Điện áp đầu vào một chiều: U=12V

 Điện áp đầu ra xoay chiều : U=220V

 Tần số: 50Hz

 Công suất: 300W

 Sản phẩm yêu cầu mĩ thuật, kỹ thuật Đảm bảo an toàn về mặt thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm

 Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải thiết kế một bộ nghịch lưu cho ra điện

áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số đo đầu ra là 50Hz, công suất ra của bộ nghịch lưu là 300W

 Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch Mạch sử dụng biến áp xung ở đây như bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao hơn nhiều lần so với giá trị áp ban đầu

 Đề tài ở đây là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh kiện công suất Mạch sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất như Transistor,

MOSFET,OPAMP IC tạo xung NE555, và đặc biệt là biến áp xung nhỏ gọn, với tần số kích lớn cũng như công suất đầu ra lớn

• Nghiên cứu thiết kế và thi công mạch nghịch lưu ứng dụng trong các thiết bị biến đổi điện 1 chiều từ acquy để phụ vụ vung cấp điện cho các hộ dân vùng sau vùng

xa chưa tiếp cận được với lưới điện

• Đề tài ứng dụng từ kiến thức của các môn học phần tiên quyết đã học các kì trước như điện tử ứng dụng, kĩ thuật xung số, kĩ thuật điện tử

 Để giúp sinh viên có thể củng cố kiến thức tổng hợp, nâng cao kiến thức

chuyên ngành cũng như kiến thức ngoài thực tế

 Giúp sinh viên nắm được một cách tổng quan về các linh kiện bán dẫn, ic tạo xung, biến áp xung…

 Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúp chúng em hiểu sâu hơn về các bộ nghịch lưu, các phương pháp biến đổi điện

áp Từ đó sẽ tích lũy được kiến thức cho các môn học tiếp theo cũng như sau này đi làm

2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu sử dụng đa dạng về dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều Điều này đòi hỏi phải có sự biến đổi lẫn nhau giữa xoay chiều và một chiều trong cùng một hệ thống công nghệ Trong phần này chúng

ta sẽ đi khái quát về mạch nghịch lưu 1 pha để thấy được sự cần thiết của nó trong đời sống hiện nay

2.2.2 Phân loại:

Có rất nhiều cách phân loại mạch nghịch lưu nhưng phổ biến nhất mọi người vẫn thường phân loại theo:

 Phân loại theo sơ đồ: ví dụ nghịch lưu 1 pha và nghịch lưu 3 pha

 Phân loai theo quá trình điện từ xảy ra trong nghịch lưu: Nghịch lưu áp, nghịch

lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng

2.2.2.2 Nghịch lưu áp

 Nghịch lưu áp là thiết bị dùng để biến đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp với đầu ra xoay chiều và tần số tùy thuộc vào yêu cầu của người sử dụng

 Nguồn áp được dùng rất phổ biến trong thực tế Khi sử dụng nguồn áp thì đầu ra

có thể được điều chế theo nhiều phương pháp khác nhau để có thể lọc được các dạng sóng điều hòa bậc cao ở đầu ra

 Khi công nghệ bán dẫn phát trển mạnh Công suất truyền tải điện của các thiết bị bán dẫn ngày càng lớn Những van động lực như IGBT, MOSFE, GTO v.v có công suất lớn và kích thước trở nên nhỏ gọn Do đó nghịch lưu áp trở nên thông

dụng và được chuẩn hóa trong các bộ biến tần công nghiệp

2.2.2.4 Nghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM

Các bộ nghịch lưu đã trình bày ở trên có điện áp ra có chứa nhiều sóng hài Để nâng cao chất lượng điện áp và dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu, bộ nghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) được đưa ra nghiên cứu và ứng dụng

Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của một bộ nghịch lưu là mức độ gần sin chuẩn của điện áp và dòng điện đầu ra Trong tất cả các bộ nghịch lưu thì bộ nghịch lưu điều biến độ rộng xung được đánh giá là bộ nghịch lưu cho phép đưa ra dạng sóng gần sin nhất

Nội dung cơ bản của kỹ thuật này là mỗi nửa chu kỳ dòng điện hay điện áp

ra gồm nhiều đoạn hình chữ nhật có độ rộng thích hợp

Như vậy đề tài mà nhóm chọn là mạch nghịch lưu điều chế độ rộng xung với thiết kế đơn giản, ổn định điện áp đầu ra tiết kiệm được năng lượng, năng suất cao

Trong đề tài này được chia thành các khối chức năng cần thiết kế như sau:

 Khối tạo xung

+ Tạo xung 66kHz (Astable)

+Khối chia xung thành 33kHz

+Khối vi phân và điều biến độ rộng xung(Monostable)

 Khối công suất

+Kích mosfet để biến áp xung hoạt động

+Khối biến áp xung và chỉnh lưu

 Khối hồi tiếp và ổn định điện áp đầu ra

+Cầu phân áp và tạo điện áp chuẩn

+ Mạch khuếch đại sai lệch

3 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN CÓ

TRONG MẠCH

Trong chương này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về những kiến thức của các linh kiện điện

tử Cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động và công thức tính toán cho từng khối thành phần

có trong bộ nghịch lưu

Từ khi mạch điện tử ra đời, các linh kiện điện tử thụ động đã trở thành những phần tử chính của mạch Sau đây chúng ta sẽ cùng tìm hiểu các linh kiện thụ động phổ biến như điện trở, cuộn dây, tụ điện

Hình 1 : Một số loại điện trở có trong thực tế

3.1.1 Phân loại và ký hiệu

3.1.2 Thông số kỹ thuật

a) Giá trị điện trở

Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở Yêu cầu cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian, Điện trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngược lại

Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo công thức sau:

R = . (2.2.1a) Trong đó: ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện dây dẫn

R là điện trở đơn vị là Ohm

Trong thực tế điện trở được sản xuất với một số thang giá trị xác định Khi tính toán lý thuyết thiết kế mạch điện, cần chọn thang điện trở gần nhất với giá trị được tính

b) Sai số

Sai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị danh định, được tính theo %

c) Công suất tối đa cho phép

Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, năng lượng nhiệt tỏa ra trên R với công suất:

P = U.I = I2 R (2.2.1b)

Nếu dòng điện có cường độ càng lớn thì nhiệt lượng tiêu thụ trên R càng lớn làm cho điện trở càng nóng, do đó cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để có thể tản nhiệt tốt Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu được nếu quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy

Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt

Pmax = U2max/R = I2max.R (2.2.1c)

= => Vout = Vin (2.2.1d) Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý muốn

Hình 3: Ví dụ cầu phân áp

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động rất phổ biến, được cấu tạo bới hai bản cực đặt song song, có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thanh dòng điện Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

Hình 4: Một số tụ điện có có trong thực tế

3.2.1 Cấu tạo

Bên trong tụ điện gồm hai bản cực kim loại được đặt cách điện với nhau bởi một lớp điện môi Điện môi có thể là: không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh Tùy theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên gọi tương ứng như tụ giấy, tụ gốm, tụ hóa,

3.2.2 Ký hiệu đơn vị và trị số

Ký hiệu tụ điện: Tụ điện có ký hiệu là C

Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường

dùng các đơn vị nhỏ hơn như: 1F=106 µF = 109 nF = 1012 pF

Thường chọn trước trị số điện cảm L theo biểu thức sau:

đ w (mđ − 1) [H]

Trong đó

mđ : số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ của thành phần điện

áp nguồn xoay chiều

w: Tần số góc của thành phần điện áp xoay chiều

RT: Điện trở của tải

ksb: hệ số san bằng để đánh giá hiệu quả của bộ lọc

3.3 Diode

Hình 9: Một số hình ảnh diode ngoài thực tế

3.3.1 Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn.

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện

tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

Hình 10: Cấu tạo của diode

Hình 11: Cấu tạo và hình dáng diode

3.3.2 Phân cực thuận cho Diode

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vào Katôt (vùng bán dẫn N), khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V (với Diode loại Si) hoặc 0,2V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của

Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V)

Tranzito lưỡng cực nối hay BJT (Bipolar junction transistor) là một loại linh kiện bán

dẫn, có 3 cực là B (base - cực nền), C (collector - cực thu), E (emitter - cực phát) Đây là một linh kiện vô cùng quan trọng và có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện tử

3.4.1 Cấu tạo và ký hiệu

Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau Do đó có hai loại transistor là NPN và PNP tương ứng với 2 cách sắp xếp 3 lớp bán dẫn trên

Hình 12: P-N-P Transistor Hình 13:N-P-N Transistor

3.4.2 Phân loại

Transistor có rất nhiều loại với hàng tá chức năng chuyên biệt khác nhau

 Transistor lưỡng cực (BJT - Bipolar junction transistor)

 Transistor hiệu ứng trường (Field-effect transistor)

 Transistor mối đơn cực UJT (Unijunction transistor)

Trong đó, transistor lưỡng cực BJT là phổ biến nhất Có nhiều người thường xem khái niệm transistor như là transistor lưỡng cực BJT Do vậy bạn nên chú ý đến điều đó

để tránh nhầm lẫn cho mình

3.4.3 Các thông số kỹ thuật của BJT

Các ký hiệu ở đây được sử dụng cho transistor loại NPN Transistor loại PNP cũng có những thông số hoàn toàn tương tự Chúng được nhà sản xuất ghi rất cụ thể trong tài liệu

kĩ thuật của mỗi loại transistor

a Dòng điện cực đại qua cực Base IB

 Mỗi loại transistor có các mức dòng IB cực đại khác nhau, đừng nghĩ rằng

transistor càng to và hầm hố thì IB cực đại sẽ càng lớn hay ngược lại

 Nếu dòng điện qua cực Base của transistor vượt quá mức IB cực đại, nó có thể làm hỏng transistor Do vậy người ta luôn mắc nối tiếp với cực Base một điện trở hạn dòng

b Hệ số khuếch đại hFE (β)

 Là tỉ số IC / IB đặc trưng cho khả năng khuếch đại dòng điện của transistor Mỗi loại transistor có một mức hệ số khuếch đại khác nhau Trong những điều kiện làm việc khác nhau, hFE cũng khác nhau

 Với các transistor có hFE lớn, bạn chỉ cần một dòng IB nhỏ là đã có thể kích cho

nó mở hoàn toàn

 hFE thường có trị số từ vài chục đến vài ngàn

c Cường độ dòng điện cực đại IC

là dòng điện tối đa mà transistor có thể mở cho nó đi vào ở cực Collector Các loại transistor lớn nhất thường chỉ có IC tối đa khoảng 5A và đòi hỏi phải có quạt tản nhiệt

d Hiệu điện thế:

 UCE: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Collector và Emitter của transistor UCE thường chỉ có trị số từ vài chục đến vài trăm volt Các dự án Arduino hầu hết đều chạy ở mức 5V hoặc thấp hơn, do đó bạn cũng không cần phải quan tâm nhiều đến thông số này

 UCB: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Collector và Base của transistor UBE

thường chỉ có trị số từ vài chục đến vài trăm volt Các dự án Arduino hầu hết đều chạy ở mức 5V hoặc thấp hơn, do đó bạn cũng không cần phải quan tâm nhiều đến thông số này

 UBE: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Base và Emitter của transistor (là hiệu UB - UE) Với dòng hoạt động nhỏ, UBE gần bằng 0V Với dòng lớn hơn, UBE sẽ tăng lên lên khá nhanh Với đa phần transistor, UBE hiếm khi vượt quá 5V

e Công suất tiêu tán năng lượng tối đa

Đặc trưng cho công suất hoạt động lớn nhất của transistor, có giá trị bằng tích UCE * ICE Một số loại transistor lớn có công suất lên đến 65W như TIP120/121/122 và tỏa

ra rất nhiều nhiệt lượng nên cần phải gắn thiết bị tản nhiệt, một số khác như 2N3904 thì chỉ là 625mW và không cần tản nhiệt

3.4.4 Phân cực cho BJT

a Mạch phân cực dùng hai nguồn điện khác nhau

Hình 14: Mạch phân cực dùng 2 nguồn điện khác nhau

b Mach phân cực có điện trở phân áp

Để có thể khuếch đại được nhiều nguồn tín hiệu mạnh yếu khác nhau, thì mạch phân cực thường sử dụng thêm điện trở phân áp Rpa đấu từ B xuống Mass

Hình 15: Mạch phân cực có hồi tiếp

c Mạch phân cực có hồi tiếp

Là mạch có điện trở phân cực đấu từ đầu ra

(cực C) đến đầu vào (cực B) mạch này có tác dụng

tăng độ ổn định cho mạch khuyếch đại khi hoạt

động

Hình 16: Mạch phân cực có hồi tiếp

3.4.5 Ứng dụng của BJT

BJT có thể xem là một linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử, các loại IC thực chất là các mạch tích hợp nhiều BJT trong một linh kiện duy nhất Trong mạch điện, BJT được dùng để khuyếch đại tín hiệu Analog, chuyển trạng thái của mạch Digital, sử dụng làm các công tắc điện tử, làm các bộ tạo dao động v v

3.5 MosFest

Mosfet còn gọi transistor trường là một loại transistor hiệu ứng trường thuộc nhóm các linh kiện bán dẫn, sử dụng điện trường để kiểm soát tác động đến độ dẫn của kênh dẫn của vật liệu bán dẫn

3.5.1 Phân loại

Mosfet chia làm 2 loại:

- Mosfet kênh có sẵn (D – MOSFET = Depletion MOSFET)

- Mosfet kênh cảm ứng (E – MOSFET = Enhancement MOSFET)

Trong mỗi loại MOSFET có hai loại là kênh dẫn loại P và kênh loại N

3.5.2 Cấu tạo và ký hiệu

a Cấu tạo:

Hình 17: Mosfet kênh N Hình 18: Mosfet kênh P

Trong đó: G: Gate gọi là cực cổng

S: Source gọi là cực nguồn D: Drain gọi là cực máng

b Ký hiệu

3.5.3 Các thông số kỹ thuật của Mosfet

Trước khi bắt đầu chúng ta cần biết các thông số kỹ thuật cần quan tâm của các linh kiện

sử dụng trong mạch

- MOSFET kênh N và kênh P

Rds: trở nội bão hòa – điện trơ bé nhất giữa 2 đầu D-S

tốt)

 Id: Dòng điện tối đa mà mosfet chịu được (càng cao càng tốt)

 Tần số hoạt động tối đa (phụ thuộc vào tụ ký sinh giữa các cặp cực)

 Đồ thị dòng Id theo Ugs (để cấp đủ áp mở mosfet)

Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao

Vi mạch khuếch đại thuật toán (OP-AMP) là mạch điện tử có chức năng khuếch đại tín hiệu (điện áp, dòng điện) Nhờ sự phát triễn của công nghệ bán dẫn mà OP-AMP ngày càng trở nên tin cậy, kích thước nhỏ và ổn định nhiệt, …và trở thành thành phần không thể thiếu trong các mạch điện tử

3.6.1 Cấu tạo và ký hiệu

3.6.2 OP-AMP có cấu tạo như hình vẽ

Hình 19: Cấu tạo OPAMP

- Khối 1: Đây là tầng khuếch đại vi sai (Differential Amplifier), nhiệm vụ khuếch đại độ

sai lệch tín hiệu giữa hai ngõ vào v+ và v- Nó hội đủ các ưu điểm của mạch khuếch đại vi sai như: độ miễn nhiễu cao; khuếch đại được tín hiệu biến thiên chậm; tổng trở ngõ vào lớn

- Khối 2: Tầng khuếch đại trung gian, bao gồm nhiều tầng khuếch đại vi sai mắc nối tiếp nhau tạo nên một mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại rất lớn, nhằm tăng độ nhay cho Op-Amps Trong tẩng này còn có tầng dịch mức DC để đặt mức phân cực DC ở ngõ ra

- Khối 3: Đây là tầng khuếch đại đệm, tần này nhằm tăng dòng cung cấp ra tải, giảm tổng trở ngõ ra giúp Op-Amps phối hợp dễ dàng với nhiều dạng tải khác nhau

3.6.3 AMP lý tưởng và OP-AMP thực tế

Để đơn giản trong việc tính toán trên OP-AMP, có thể tính toán trên OP-AMP lý tưởng sau đó thực hiện bổ chính các thông số trong mạch Để có được một cái nhìn tổng quan giữa OP-AMP thực tế và OP-AMP lý tưởng, có thể so sánh một vài thông số giữa chúng như bảng sau:

Hệ số khuếch đại điện áp vòng hở: A0= ∞

Tổng trở ngõ vào Ri = ∞

Tổng trở ngõ ra R0 = 0

Dòng vào i(+) = i(-)

A0 có giá trị hữu hạn Tổng trở ngõ vào Ri = 106 - 1013Ω Tổng trở ngõ ra R0 có giá trị nhỏ Dòng vào lệch 20-30nA

3.6.4 Ký hiệu của OP-AMP

- Đưa tín hiệu vào ngõ vào đảo, ngõ vào không đảo nối mass: Vout = A0 V+

- Đưa tín hiệu vào ngõ vào không đảo, ngõ vào đảo nối mass: Vout = A0 V

Đưa tín hiệu vào đổng thời trên hai ngõ vào (tín hiệu vào vi sai so với mass):

Vout = A0 (V+ - V-) = A0 (ΔVin)

Với A0 là hệ số khuếch đại điện áp vòng hở

3.6.6 Ứng Dụng chính của OP-AMP

Vi mạch khuếch đại thuật toán có ứng dụng rộng

rãi trong các mạch điện tử với chức năng chính là

khuếch đại tín hiệu Có các dạng mạch như mạch

3.7 Vi mạch định thời IC555

Hình 22: các chân của IC 555

Linh kiện của hãng CMOS sản xuất Sau đay là bảng thông số của 555 co trên thị trường:

+ Điện áp đầu vào: 2-18V

(Tuy từng loại của 555: LM555, NE555, NE7555.)

+ Dòng điện cung cấp: 6mA 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao: 15V

+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị tri xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

3.7.1 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của IC555

a sơ đồ nguyên lý

Hình 23: Sơ đồ khối của IC 555

b Cấu tạo của IC555

Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng

Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi

Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng xung, không ở mức áp thấp thì ở mức áp cao

Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động

Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555

Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi

Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+ IC 555 làm việc với mức nguồn

* 0 ≤ t < t 1 : giả sử mạch ở trạng thái không bền ban đầu Ngõ ra V0 = 1⇒

Q RSFF = 0, BJT Q1 tắt: không có dòng đổ qua BJT Q1⇒ tụ C được nạp điện từ nguồn Vcc qua điện trở R1 qua Diode D với chiều như hình vẽ để hướng đến

giá trị V CC Tụ càng nạp thì điện áp trên tụ càng tăng (v C tăng ) cho đến khi áp trên tụ = = ≥ Lúc đó:

SS1: v− > v+ → R = 0

SS2: v+ >v− → S = 1⇒ Q = 0 ⇒ v0 = 1

Mạch chấm dứt thời gian tồn tại trạng thái không bền ban đầu và chuyển sang trạng thái không bền thứ 2

* t1 ≤ t < t2:

Tại thời điểm t = t 1 : mạch tồn tại ở trạng thái không bền thứ 2 Q =1, v0 = 0 Vì

Q = 1 nên BJT Q1 dẫn → tụ C xả điện tích qua R2 → chân số 7 → BJT Q1 → mass Tụ càng xả thì điện áp trên tụ càng giảm → điện áp tại chân số 2 và chân số

6 cùng giảm xuống Khi điện áp trên tụ C giảm đến giá trị tụ

Mạch chấm dứt thời gian tồn tại ở trạng thái không bền thứ 2 và bắt đầu

chuyển sang trạng thái không bền ban đầu Vì Q = 0 ⇒ BJT Q1 tắt ⇒ không có dòng đổ qua BJT Q1 → tụ C được nạp điện bổ sung (vì nó vẫn còn giữ do điện thế ở chân số 2 chặn trên) và quá trình cứ tiếp diễn như vậy để liên tục tạo độ dài xung ra

 Tính độ dài xung ra

Gọi: T1 là thời gian ứng với ngõ ra v o = 1

T2 là thời gian ứng với ngõ ra v o = 0

T là chu kì dao động của mạch: T = T1+T2