Hướng dẫn bài tập dài kỹ thuật xung

Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .

Đặt vấn đề.
Ta tiến hnh phân tích cụ thể bộ biến đổi điện áp xoay chiều - xoay
chiều một pha, bộ chỉnh lu có điều khiển một pha cụ thể l sơ đồ cầu một
pha bán điều khiển. Các bớc phân tích đợc tiến hnh nh sau:
* Thiết kế mạch động lực:
+ Mạch lực của bộ biến đổi điện áp xoay chiều - xoay chiều một pha.
+ Mạch lực của bộ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển.
* Thiết kế mạch điều khiển:
+ Mạch điều khiển của bộ biến đổi điện áp xoay chiều - xoay chiều một pha.
+ Mạch điều khiển của bộ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển.

Phần i : Mạch động lực
I.

Bộ biến đổi xoay chiều - một chiều có điều
khiển một pha.
it

Bộ biến đổi xoay chiều - một chiều
có cấu tạo từ mạch chỉnh lu sơ đồ cầu
một pha bán điều khiển nh hình 1-1.

T1

u

D1

ud

i

Trong sơ đồ hai van điều khiển Ti1, Ti2
T2

đợc mắc ở hai nhóm van khác nhau
một ở nhóm Anốt chung v một ở
nhóm Katốt chung. Với cách mắc nh

D2

Et
Lt
Rt

Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý mạch
chỉnh lu bán điều khiển.

trên thì mạch hoạt động tích cực khi tải có điện cảm lớn. Các phần tử Rt,
Lt, Et l điện trở thuần, điện cảm v sức điện động tợng chng cho tải.
Ta giả thiết điện cảm của tải l vô cùng lớn thì nguyên lý hoạt động
của mạch đợc mô tả nh giản đồ thời gian hình 1- 2.
Ta giả thiết trong khoảng thời gian từ t = 0 đến t < 1 = thì 2
van D1 v D2 đang dẫn dòng dới tác dụng của Sđđ tự cảm sinh ra trong
Lđ. Tại t = 1 = ta đa xung điều khiển đến mở T1, lúc ny T1 có điện
áp phân cực thuận nên T1 mở. Trong khoảng thời gian 1 T1 v D2 cho
dòng điện chảy qua. Khi u2 bắt đầu đảo dấu thì D1 mở ngay T1 tự nhiên

1


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
bị khoá, D1 v D2 cùng cho dòng chảy qua, điện áp ra ud = 0.
Đến thời điểm t = 2 ta cho xung điều khiển mở T2, dòng tải sẽ
chảy qua D1 v T2. Điốt D2 bị khoá lại... . Trong sơ đồ ny khoảng thời
gian dẫn dòng của Thyristor v điốt l không bằng nhau.
- Góc dẫn dòng của điốt l D = + , còn góc dẫn dòng của
Thyristor l T = - . Giá trị trung bình của điện áp trên
tải l:

ud

0
id



1



ut =

(

)

2 .u 2

(1 + cos )


1
.
2 u. sin t dt =


t
2

2

3

3

4

4

t
0
iT1
t
0
iD2
t
0
iT2

t

0
iD1

t
0
i2
t
0

/2

t
0

Hình 1- 2: Giản đồ dòng điện, điện áp trên các phân tử.
2




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
Id =

Giá trị trung bình của dòng điện tải:

ud
R

Giá trị trung bình của dòng điện qua Thyristor:
I d ( )
1
IT =
I
.
d

t
=
d
2
2

Dòng điện qua điốt.

ID =

I ( + )
1
I d .dt = d

2
2

Giá trị hiệu dụng của dòng qua cuộn dây thứ cấp MBA.
I2 =


1 2

. I d dt = I d . 1



- Điện áp nguồn lớn nhất đặt lên điốt, Thyristor l:
UT ngmăx = UD ngmăx = 2 .u 2.
* Nhận xét: + Hai Tiristor đều thay nhau lm việc ở hai nửa chu kỳ của
điện áp nguồn (khi có xung điều khiển).
+ Điện áp ra của hai bộ biến đổi đều phụ thuộc vo góc mở , khi
giảm thì điện áp ra tăng, khi tăng thì điện áp ra giảm.
II. Bộ biến đổi xoay chiều - xoay chiều 1 pha.
Bộ biến đổi xoay chiều - xoay chiều 1
Ti1

pha gồm hai Tiristor Ti1v Ti2 đợc mắc
song song ngợc với nhau nh hình 1-3. Để

u

hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch ta
giả thiết tải Rt l thuần trở, điện áp nguồn
đặt nên mạch l hình sin có dạng:
u = 2 .U. sin t (v).

Ti2

Rt

it

Hình 1-3: sơ đồ nguyên lý bộ
biến đổi xoay chiều xoay
chiều 1 pha.

Khi đó hoạt động của bộ biến đổi đợc mô tả nh hình 1-4.
Các Tiristor Ti1, Ti2 sẽ thay phiên nhau lm việc ứng với mỗi chu kỳ của
điện áp lới. Khi Ti1 thông thì một phần của nửa chu kỳ dơng điện áp nguồn



3


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
đặt lên tải, còn khi Ti2 thông thì một phần của nửa chu kỳ âm điện áp lới đặt
lên tải. Khi thay đổi trị số của góc mở 1, 2 (1 luôn bằng 2) sẽ thay đổi
đợc trị số hiệu dụng của điện áp đặt lên tải.
Trong các khoảng thời gian Ti1 v Ti2 dẫn, dòng điện tức thời trong
mạch đợc tính:
it =

t
2 .u
sin t
R
+ t 2

u = 2 .U. sin t (v).

0

2

v1

3

v2

v3

4
v4

t

uđk1
t

0

uđk2

1

1

0

ut,it

ut

2
it

0

it,it tb

2

it

t

t
it tb
t

0

uTi1=uTi2
t

0

Hình 1-4: Giản đồ dòng điện v điện áp trên các phần tử trong BBĐ.

4




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
Dòng điện tải có dạng l hình sin không đầy đủ (bị mất góc). Khai triển
Fourier của dòng tải ny bao gồm thnh phần dòng cơ bản (bậc 1) v các
thnh phần bậc cao. Thnh phần dòng cơ bản itcb sẽ chậm sau so với điện áp
nguồn một góc l . Có nghĩa l ngay cả khi tải l thuần trở, thì lới điện xoay
chiều vẫn phải cung cấp một công suất phản kháng.
- Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải l:
ut =

(

)

2
1
. 2 u. sin t .dt


= u.

2 - 2 + sin2
2

- Giá trị hiệu dụng của dòng điện không tải:
It =

u t u 2 2 + sin 2
= .
R R
2.

- Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
u 2 2 2 + sin 2
Pt = u t .I t = .

R
2


- Dòng điện qua mỗi Thyristor l :
iT = iT =
1

2

it
2

- Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên các Thyristor l:
UngmăxT1 = UngmăxT2 = 2 .u .



5

Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .

Phần ii : Mạch điều khiển
I. Yêu cầu chung của mạch điều khiển.
Để điều khiển các Tiristor trong các BBĐ ta dùng một mạch gọi l
mạch điều khiển, mạch ny tạo ra các dãy xung (với các thông số kỹ
thuật theo yêu cầu) đồng bộ với các điện áp đặt nên các Tiristor, bằng
cách điều chỉnh thời điểm xuất hiện xung (góc của xung điều khiển)
đa đến các Tiristor để thay đổi giá trị hiệu dụng điện áp của bộ biến đổi.
Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển pha xung l:
- Tạo ra 2 dãy xung điều khiển (uđk1, uđk2) lệch nhau 1800 điện, tần
số của mỗi dãy xung bằng tần số của điện áp lới.
- Mỗi xung điều khiển đợc tạo ra phải có biên độ, độ rộng theo
yêu cầu (các thông số ny đợc tính chọn dựa vo các thông số kỹ thuật
của Thyristor đợc điều khiển - tra cứu ở sổ tay).
- Các góc điều khiển 1, 2 (thời điểm xuất hiện xung điều khiển
so với các mốc thời gian 0, , 2,..., k của điện áp lới) của các điện áp
điều khiển có thể thay đổi đợc (lý tởng) từ 00 điện 1800 điện .
- Xung điều khiển chỉ đợc gửi đến Thyristor khi điện áp đặt lên
nó (Uak) l điện áp phân cực thuận.
- Tạo ra quá trình điều khiển l thuận (điện áp chủ đạo ucđ tăng thì
điện áp ra của bộ biến đổi cũng tăng v ngợc lại).
- Tự động cắt xung điều khiển hoặc đa góc mở 1, 2 tăng trị số
1800 điện khi trong hệ thống có sự cố xảy ra.
- Khi cần điều chỉnh, ổn định một đại lợng no đó ở đầu ra bộ
biến đổi (chẳng hạn cần ổn định điện áp ra) thì nhờ các đại lợng phản
hồi âm m các góc điều khiển 1, 2 sẽ tự động thay đổi trị số khi có
nhiễu loạn từ lới điện hay phụ tải. Sự thay đổi của 1, 2 theo xu hớng
giữ ổn định giá trị của đại lợng tại đầu ra của bộ biến đổi ta cần quan

6




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
tâm. Chất lợng của mạch điều khiển còn thể hiện ở tốc độ phản ứng
của góc điều khiển 1, 2 khi có những nhiễu loạn từ lới hoặc tải .
Luôn đảm bảo 1 = 2 (khi mạch tải có tính chất cảm, nếu 1 2
thì trên tải sẽ xuất hiện thnh phần điện áp một chiều lm dòng tải tăng
vọt có thể phá hỏng Thyristor hoặc các thiết bị khác).
1. Mạch điều khiển bộ biến đổi xoay chiều - xoay chiều 1 pha.

a. Xây dựng sơ đồ khối.
Từ các yêu cầu trên đối với một mạch điều khiển ta có giản đồ thời gian mô
tả hoạt động của mạch điều khiển nh sau:
ul
Ube max
0

t

Uđb0

t

0

Uđb1

t

0

Uđb2
0

u

Urc

Uđk

t
t

0

USS

t

0

u

Uvp

t

0

UđkTi1
0

UđkTi2

t

1

t

0

2

Hình 2-1: Giản đồ thời gian mô tả hoạt động của mạch điều khiển.



7


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
Từ giản đồ thời gian trên ta đa ra sơ đồ khối của mạch điều khiển nh sau:

u

ĐBH-FSRC

SS

SX

CX

1

2

3

4

uđk

uđk1

5

uđk2

uđ

6
uđk0

Khối 1: Đồng bộ hoá - phát sóng răng ca.

Khối 2: So sánh.
Khối 3: Sửa xung.
Khối 4: Chia xung.
Khối 5, 5: Khuếch đại xung.
Khối 6: Khuếch đại trừ.

Hình 2-2: Sơ đồ khối mạch điều khiển.

8

5




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
2. Mạch điều khiển bộ biến đổi xoay chiều - một chiều.

a. Xây dựng sơ đồ khối.
Dựa vo các yêu cầu đối với một mạch điều khiển nh phần trớc ta đa ra
giản đồ thời gian của mạch điều khiển nh sau:
ul
0



2

3

4

u
Uđ

0

5

Urc

t

Uđk

t

u
t

0

UceT3

Ucebh

0

UceT3

t
t

0

UC3

t

0

UC3

t

0

UđkTi1

t

0 1

UđkTi2
0



t

1

Hình 2-3: Giản đồ thời gian mô tả hoạt động của mạch điều khiển.



9


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
Từ giản đồ thời gian ta đa ra sơ đồ khối của mạch điều khiển nh hình 2-4.
Uđ
ul

ĐBH-FSRC1

SS1

SX1

KĐX1

UđkTi1

ĐBH-FSRC2

SS2

SX2

KĐX1

UđkTi2

THTH-KĐTG

Ucđ
-Uph

Hình 2-4: Sơ đồ khối của mạch điều khiển.
- ĐBH-FSRC1 v ĐBH-FSRC2: L hai khối đồng bộ hóa v phát sóng răng
ca.
- SS1 v SS2: Hai khối so sánh.
- SX1, SX2: L hai khối sửa xung.
- KĐX1 v KĐX2: L hai khối khuếch đại xung.
- THTH-KĐTG: Khối tổng hợp tín hiệu v khuếch đại trung gian.
- Uđ, Ucđ, -Uph : L điện áp đặt, điện áp chủ đạo v phản hồi âm áp.

10




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
II. Chức năng, nguyên lý lm việc, các thông số cơ
bản của từng khối.
1. Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng ca:
a/ Đồng bộ hoá - phát sóng răng ca dùng các phần tử Logic
và khuếch đại thuật toán:
Mạch đồng bộ hoá có hạn chế đầu vào:

+5v

Uđb~

N1

Rc1
R1

t
0
UDZ1,DZ2

R2
T1

A0

DZ1
uđb~

t

DZ2

0
Uđb0

T2
R3

R4

N2
Rc2

+5v

T1, T2 khoá

t

Uđb10
T1 mở, T2 khoá

t

T1 mở, T2 khoá

Uđb20
t

T2 mở, T1 khoá

0

Hình 2-5: Sơ đồ nguyên lý v giản đồ thời gian mạch đồng bộ hoá.
- Nhiệm vụ:
+ Tạo ra dãy xung vuông uđb0 có độ rộng đủ nhỏ, tần số gấp hai lần tần số
điện áp lới, uđb0 đợc đa tới đầu vo của bộ phát sóng răng ca.

+ Qua các phần tử đảo N1, N2 ta nhận đợc các dãy xung uđb1, uđb2 lệch pha
nhau có tần số bằng tần số điện áp lới. Xung điều khiển đợc tạo ra sẽ kết
hợp với các điện áp uđb1, uđb2 chia lm hai kênh gửi đến các Tiristor mạch lực.
Nguyên lý lm việc: Tại lân cận các giao điểm (0, , 2,..., k) của uđb~
với trục honh, giá trị tuyệt đối của uđb~ có trị số nhỏ, cả hai tranzitor T1, T2
đều khoá, các điện áp trên các cực góp của T1, T2 cùng có trị số lớn (tơng ứng



11


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
với mức lôgíc 1) do vậy m uđb0 nhận giá trị 1. Ta nhận thấy uđbo l dãy xung
vuông tần số gấp 2 lần tần số điện áp lới. Để mở rộng dải điều chỉnh của góc
mở 1, 2 (lý tởng từ 0 1800 điện) cần tăng độ rộng sờn trớc của xung
răng ca, điều ny đợc thực hiện bằng cách thu hẹp độ rộng của uđbo.
Để giảm nhỏ độ rộng của uđbo ta cần tăng trị số hiệu dụng của uđb~, đồng
thời để đảm bảo cho các tranzitor T1, T2 lm việc an ton ta dùng mạch hạn
chế hai phía đợc tạo bởi các linh kiện R1, R3, DZ1, DZ2.
Hai tranzitor T1, T2 thay phiên nhau lm việc (mở) ứng với mỗi chu kỳ
của uđb~. Chẳng hạn trong khoản thời gian từ 0 ữ , T1 đợc phân cực thuận,
T2 bị phân cực ngợc T1 thông, uđb1 = 1, T2 khoá, uđb2 = 0. Tơng tự trong
khoảng thời gian ữ 2, T1 khoá, T2 thông uđb1 = 0, uđb2 = 1. Kết quả uđb1,
uđb2 có dạng l 2 dãy xung vuông, lệch pha nhau, tần số mỗi xung bằng tần số
điện áp lới.
- Tính chọn cho mạch đồng bộ hoá:
Sơ đồ nguyên lý mạch đồng bộ hoá gồm hai vế giống nhau đối xứng có
nguồn nuôi l UCC = +5 (v). Khi tính chọn ta chỉ cần tính chọn cho một vế còn
vế kia tơng tự.

Tranzistor T1 lm việc nh một khóa điện tử m điện áp trên chân C
đợc đa đến đầu vo các cổng logic nên ta chọn loại có dòng dò nhỏ, hệ số
khuếch đại điện áp lớn. Loại Tranzistor ngợc lm bằng vật liệu silic có nhãn
hiệu C828 hay C945 có thể đáp ứng các yêu cầu trên.
Điện trở Re1 đóng vai trò l tải cho T1 khi T1 mở bão hòa nên ta có thể chọn
Re1 = 1000 () = 1 (K).
Nh ta đã biết tại những điểm lân cận 0 v bằng 0, điện áp đồng bộ
không đủ lớn để mở T1. Để tăng dải điều chỉnh của góc thì ta phải giảm
khoảng thời gian ny bằng cách nâng cao giá trị của điện áp đồng bộ. Thờng
ngời ta lấy giá trị hiệu dụng của điện áp đồng bộ l: Uđb = 10 (v).
12




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
Để hạn chế biên độ điện áp quá lớn đặt lên tiếp giáp điều khiển của T1 ta
chọn điốt ổn áp Dz1 có giá trị điện áp ổn định l UDz = 3 (v). Điện trở R1 đóng
vai trò l điện trở gánh cho Dz1 nên nếu ta chọn dòng lm việc (dòng điện
phân cực ngợc) của Dz1 l 0,01 (mA) thì R1 sẽ có giá trị:

R1 + R 2

U db U Dz
0,01

=

10 3
= 700().

0,01

Chọn R1 = R2 = 470 ()
Các cổng logic có thể lấy từ các vi mạch họ 74LSXX, với 74LS00 l vi
mạch chứa các cổng NAND còn 74LS08 l vi mạch chứa các cổng AND.
* Bộ phát sóng răng ca.
R7

T3

uđbo
t

C1

0

Uđbo
R8
WR1

+ucc
O1

urc
ura
t

-ucc

0

-ucc
Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý v giản đồ thời gian mạch phát sóng răng ca.
Lm việc ở chế độ đợi, nhận dãy xung vo l uđbo, cho ra dãy xung răng ca
cùng tần số. Xung răng ca có sờn trớc biến đổi tuyến tính, có thể điều
chỉnh đợc trị số của biên độ.
Khi uđbo = 0 T3 khoá điện áp -ucc qua WR1, R8 đa đến đầu vo
đảo Đầu ra của KĐTT có điện áp dơng tụ C1 đợc nạp điện, dòng nạp
cho tụ C1 trong mạch +ucc IC C1 R8 WR1 -ucc. Dòng điện ny
có trị số không đổi.



13


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
i C nạ p =
1

u cc
R 8 + WR1

vì điện áp giữa 2 lối vo đảo v không đảo của KĐTT có trị số nhỏ nên điện
áp ra có trị số đợc xem bằng điện áp trên tụ C1.

u rc = u c =

1 t

i dt + u C10
C 1 0 C1

Nếu tần số lới fl~ = 50 Hz thì khoảng thời gian tụ C1 đợc nạp có trị số
0,01 giây. Với giả thiết sau mỗi nửa chu kỳ của điện áp lới tụ C phóng hết
điện tích, điện áp trên tụ C giảm về 0 thì uC10 = 0. Khi đó:
u rcm ă x =

1
C1

0,01

0

i C1 .dt =

u cc
.0,01 (V)
C 1 (R 8 + WR1 )

Khi thiết kế bộ phát sóng răng ca ta cần đa ra các thông số : ucc,
urcmăx, fL~. Trên cơ sở các thông số đã cho ta có thể tính đợc hằng số thời gian
của khâu tích phân, chọn giá trị của tụ C1 v suy ra giá trị của (R8 + WR1).
- Tính chọn cho mạch phát sóng răng ca:
Từ công thức u rcm ă x =

u cc

C 1 (R 8 + WR1 )

C 1 (R 8 + WR1 ) =

.0,01 (V) .

u cc
u rcm ă x

.0,01.

Với Ucc = 15 (v), chọn urcmax = 5 (v).
C 1 (R 8 + WR1 ) =

15
.0,01 = 0,03(s)
5

Chọn C1 có dung lợng C1 = 1 (F) = 1.10-6 (F).

(R 8 + WR1 ) =

14

0,03
1.10

6

= 3.10 4 ().

Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
Chọn R8 = 10 000 () = 10 (K). WR = 50 000 () = 50 (K).
Khuếch đại thuật toán có thể chọn loại A 741.

b. Mạch đồng bộ hóa và phát sóng răng ca dùng Tranzitor: ĐBHFSRC.
Mạch ĐBH-FSRC có chức năng tạo ra dẫy điện áp tựa hình răng ca có tần
số bằng tần số điện áp ul đặt nên các Tiristor mạch chỉnh lu. Sơ đồ nguyên lý
mạch v giản đồ điện áp của mạch phát sóng răng ca nh hình 3-3.
Ucc1
DZ1

Re1

ul
R2

T1

0
R1

t2

Ube max

t

D1

Urc

T2

Urc
C1

uđb
BAĐB

t1

R3

R4

Re2

*
(a)

0

t
(b)

GND

Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý (a), giản đồ thời gian (b).

Trên sơ đồ nguyên lý mạch phát sóng răng ca gồm có:
+ BAĐB: L biến áp đồng bộ để tạo tín hiệu đồng bộ hoá.
+ Các phần tử còn lại l mạch tạo điện áp răng ca, trong đó T1, Dz1,
Re1, R4 tạo thnh mạch ổn định dòng điện nạp cho tụ C1.
+ uđb: l điện áp đồng bộ lấy trên cuộn thứ cấp BAĐB.
* Nguyên lý hoạt động:
Trớc tiên ta tìm hiểu về nguyên lý lm việc của mạch ổn dòng, ổn định
dòng điện nạp cho tụ C1. Quan sát trên sơ đồ ta thấy:
URe1 + UebT1 - UDz = 0.



15


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
URe1 + UebT1 = UDz = const (UDz điện áp ổn định trên điốt ổn áp Dz).

IeT1.Re1 + UebT1 = UDz = const.
Mặt khác IeT1 = IbT1 + IcT1 IcT1 (vì dòng IbT1 rất nhỏ so với dòng IcT1).
Ta giả thiết vì một lý do no đó lm cho dòng IcT1 tăng quá giá trị ổn định,
điều ny sẽ lm cho dòng IeT1 cũng tăng theo v lm IeT1.Re1 tăng. Do tổng
điện áp IeT1.Re1 + UebT1 luôn luôn bằng hằng số nên khi IeT1.Re1 tăng thì UebT1
phải giảm. Điện áp điều khiển của T1 giảm sẽ lm cho T1 dẫn kém đi v vì thế
m IcT1 giảm dần về giá trị ổn định. Chẳng hạn vì một lý do khác lm cho
dòng IcT1 giảm nhỏ hơn giá trị ổn định thì dẫn đến IeT1 cũng giảm theo v
IeT1.Re1 giảm. Sự giảm của IeT1.Re1 lm UebT1 tăng, điện áp điều khiển của T1
tăng lm T1 dẫn mạnh nên, IcT1 tăng nên giá trị ổn định. Nếu ta giả thiết

nguyên nhân gây ra các quá trình trên l do tải thì IcT1 luôn luôn đợc mạch
giữ ổn định mặc dù có sự thay đổi của tải.
Khi điện áp đồng bộ ở nửa chu kỳ âm có cực tính dơng ở không (*), âm ở
(*) phân cực ngợc cho điốt D1, D1 khoá. Dới tác dụng của nguồn cung cấp
UCC1 qua điện trở định thiên R2 trong mạch định thiên theo kiểu phân áp gồm
R2 v R3 Tranzistor T1 mở. Ngời ta tính chọn R2 v R3 sao cho T1 mở bão
hòa. Giả sử trớc đó tụ C1 đã có điện thì tụ sẽ phóng điện theo đờng: +C1
T1 Re2 - C1. Điện áp trên tụ sẽ giảm về đến giá trị Ucebh của Tranzistor T2,
nhng giá trị ny rất nhỏ nên ta coi nh tụ C1 phóng hết điện.
Khi điện áp đồng bộ chuyển sang nửa chu kỳ dơng có cực tính dơng ở
(*), âm ở không (*), điốt D1 đợc phân cực thuận nên thông. Trên điện trở R4
xuất hiện một điện áp có cực tính dơng dặt tới chân E v cực tính âm đặt tới
chân B của T1. Điện áp ny gây ra bởi điện áp đồng bộ uđb khi ở nửa chu kỳ
dơng. Khi điện áp ny có giá trị đủ lớn thì T1 khoá do tiếp giáp Je của nó bị
phân cực ngợc. Tranzistor T1 khóa thì tụ C1 đợc nạp điện từ nguồn ổn dòng,
dòng nạp cho tụ C1 chính l dòng IcT1 = const. Điện áp trên tụ C1 tăng dần v
đợc tính theo biểu thức:
16




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
t

U C1

1
1
1

I C1 .dt =
I C1 .t =
=
I cT1 .t.

C1 0
C1
C1

Ta thấy điện áp trên tụ C1 có dạng l một hm bậc nhất, do đó điện áp trên tụ
C1 khi tụ nạp điện l một hm tuyến tính theo thời gian.
Tại các điểm lân cận điểm 0, điện áp đồng bộ cha đủ lớn để phân cực
ngợc cho tiếp giáp Je của T1 nên T1 vẫn vẫn mở bởi cặp điện trở định thiên R2
v R3.
Điện áp ra của mạch ĐBH-FSRC Urc đợc lấy trên tụ C1 nên nó cũng có các
quy luật biến thiên theo điện áp UC1. Đây l một dẫy điện áp răng ca có tần
số bằng tần số điện áp uđb. Sờn trớc của điện áp răng ca đợc tạo bởi quá
trình nạp điện của C1 từ nguồn dòng ổn định do đó nó có dạng l đờng thẳng
tuyến tính theo thời gian. Quá trình phóng điện của tụ qua T2 tạo nên phần
sờn sau của điện áp răng ca.
* Tính chọn cho mạch ĐBH-FSRC:
Để tính chọn cho mạch ĐBH-FSRC ta chọn nguồn nuôi có giá trị UCC1 = 12
(v), biên độ của điện áp răng ca Urc max = 6,3 (v). Đối với mạch ổn dòng ta
chọn điốt ổn áp có giá trị điện áp ổn định l UDz = 6,3 (v). Khi đó ta có thể
tính chọn cho mạch nh sau:
Khi điện áp đồng bộ có giá trị U db U eb max thì T2 dẫn bão ho bởi cặp điện
trở định thiên R2, R3 v nguồn UCC1.
Muốn T2 mở bão hòa thì UebT2 = UR3 0,6 (v), trong đó 0,6 (v) l ngỡng
mở bão hòa của các Tranzistor. Khi đó ta suy ra UR2 UCC1 0,6 = 12- 0,6
=11,4 (v). Nếu ta coi dòng điện qua R2 sấp xỉ dòng qua R3 v IR2 IR3 =

5(mA) = 0,005(A) thì:
R2 0,6/0,005 = 120 (). R3 11,4/0,005 = 2280 ().
Từ trên ta chọn R2 = 470 () v R3 = 2200 () = 2,2 (K).



17


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
Trên sơ đồ Dz1 cùng R4 tạo thnh mạch ổn áp thông số, ta chọn UDz1 = 6,3
(v). Khi đó ta có giá trị R4 l:
R4 =

U CC1 U Dz1
với IDz1 l dòng dòng lm việc của điôt ổn áp. Ta chọn điốt
I Dz1

ổn áp có dòng đánh thủng cho phép l 100(mA) v chọn dòng lm việc trong
mạch ny l 10 (mA).
R4 =

U CC 1 U Dz 1 12 6 ,3
=
= 570 ( ).
I Dz 1
0,01

Trên mạch ny ta thiết kế để sử dụng phần sờn trớc của điện áp răng ca
nên ta muốn thời gian nạp của tụ cng gần bằng 1/2 chu kỳ T của điện áp

đồng bộ cng tốt. Để đạt đợc điều ny ta tăng giá trị của điện áp đồng bộ để
giảm khoảng thời gian m điện áp đồng bộ không đủ lớn để mở T2. Thông
thờng ngời ta chọn điện áp đồng bộ có giá trị vo khoảng Uđb = 10 (v).
Trong quá trình lm việc của mạch ĐBH-FSRC ta thấy tụ C1 đợc nạp từ
nguồn ổn dòng theo đờng +UCC1 Re1 T1 C1 mát. Nếu ta bỏ qua
nội trở của Tranzistor T1 thì ta có hằng số thời gian nạp của tụ l = Re1.C1.
Nếu ta chọn tần số của điện áp đồng bộ l 50Hz thì ta có T = 0,2s. Quan sát
trên giản đồ thời gian hình 2-6b ta thấy tụ C1 bắt đầu nạp điện từ thời điểm t1
v đến thời điểm t2 thì tụ nạp đầy. Thời gian tụ nạp điện sấp xỉ 1/2T nên ta coi
thời gian nạp của tụ tn = 0,1s. Nếu ta chọn biên độ của điện áp răng ca cực
đại l Urc max = 6,3 (v) thì tại thời điểm t2 tụ nạp đầy đến giá trị UC1(t2) = 6,3 (v)
ta có công thức sau: U C (t 2 ) = U CC1 .(1 e
U C (t 2 ) = U CC1 .(1 e

e

tn


=



tn


)e

tn


=1



tn


).

U C (t 2 )
6,3 5,7
=1
=
.
U CC1
12 12

12
= 2,1. lấy ln hai vế v thay tn = 0,1; = Re1.C1 v rút gọn ta đợc:
5,7

Re1.C1 0,1. Ta chọn tụ C1 có dung lợng C1 = 10F = 1.10-5F Re1=10K
18

Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
c. Mạch đồng bộ hoá dùng tầng khuếch đại Tranzitor và các cổng
logic .
+ Chức năng :

Nhận điện áp Uđb xoay chiều đồng bộ với điện áp lới v tạo ra các dẫy
xung Uđb0, Uđb1, Uđb2. Uđb0 l dẫy xung vuông độ rộng đủ nhỏ tần số gấp hai lần
tần số điện áp lới. Uđb1, Uđb2 l hai dẫy xung vuông lệch pha nhau góc
1800điện có tần số bằng tần số điện áp lới.
+Ucc
R3

R5

R6
NAND1

Uđb1

Tr3
Tr1
AND1

Uđb2

Tr2
Tr4

R2

uđbUđb~
~

Uđb0

NAND2

R1
R4

WR1
C1

0 (v)
GND

-Ucc

Sơ đồ nguyên lý mạch đồng bộ hoá
+ Nguyên lý làm việc :

Điện áp lấy trên cuộn thứ cấp máy biến áp đồng bộ Uđb đặt lên các phần
tử R1, R2 v đặt tới cực gốc của Tranzitor T1,T2.
Tại các thời điểm Uđb~ có giá trị tuyệt đối nhỏ các tranzitor T1,T2 đều
khoá, điện áp trên các cực góp của chúng đều có giá trị lớn (mức logic "1"),
các Tranzitor T3, T4 mở bão ho, điện áp trên các cực góp của chúng có trị số
nhỏ (mức logíc "0"), qua các phần tử đảo N1,N2 v phần tử nhân AND Uđb0
nhận trị 1", khi ny Uđb1,Uđb2 cùng nhận trị "0". Nhờ T1,T3 cũng nh T2, T4 có
hệ số khuếch đại lớn nên Uđb0 l dãy xung vuông có độ rộng xung đủ nhỏ.
Trong khoảng 0 ữ , Uđb~ > 0 v đạt trị số đủ lớn thì T1 thông, T3 khoá

đồng thời T2 khoá, T4 thông, Uđb1 nhận trị "1", Uđb2, Uđb0 cùng nhận trị "0".



19


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .

Uđb


0

2

3



Uđ
0

T1,T2 khoá

T1,T2 khoá

t

T1,T2 khoá

Uđb1
0

t

T1 thông T3 khoá

T1 thông T3 khoá

Uđb2

t
T2 thông T4 khoá

0

T2 thông T4 khoá

Giản đồ điện áp trên các phần tử mạch đồng bộ hoá
Trong khoảng ữ 2, Uđb~ < 0 v đạt trị số tuyệt đối đủ lớn thì T2
thông, T4 khoá đồng thời T1 khoá, T3 thông, Uđb2 nhận trị "1", Uđb1, Uđb0 cùng
nhận trị "0". Qua các phân tích ta nhận đợc giản đồ điện áp trên các phần tử
nh hình vẽ trên.
3. khối so sánh:
a. Mạch so sánh dùng khuếch đại thuật toán so sánh song song:

Chức năng của mạch so sánh l định thời điểm phát xung bằng cách so
sánh điện áp tựa (điện áp răng ca) v điện áp điều khiển. Khi hai điện
áp ny có trị số tuyệt đối bằng nhau hoặc tổng đại số của chúng đổi dấu

thì mạch ny tạo ra một xung (Thời điểm xuất hiện xung xảy ra tại sờn
trớc xung răng ca).
Khi thay đổi

u dk

từ 0 ữ urcmăx thì (lý tởng) sẽ thay đổi từ 0 ữ 180 0 điện

v ngợc lại.
20




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
+ucc

Với sơ đồ ny :
u dk

> urc uss0 - ucc.

uđk(+)

u dk

urc usso + ucc.

urc(+)

R11
ussD
-ucc

Trong quá trình lm việc
có trị số không đổi v đợc
xem nh điện áp tựa. Còn điện

u

áp uđk sẽ thay đổi theo xu

uđ

hớng để đại lợng cần quan
tâm ở đầu ra của bộ biến đổi

0
Usso
+ucc

đợc thay đổi hay giữ giá trị ổn

0

định. usso l dãy xung vuông có
cực tính thay đổi, nhờ R11, DZ3
m điện áp uss chỉ còn l phần

DZ3

Hình 2-7: Sơ đồ nguyên lý
mạch so sánh.

uđko
uđk t
t

-ucc
uss

urc

-uDZ3


t

0

Hình 2-8: Giản đồ thời gian mô tả
hoạt động của mạch so sánh.

xung dơng, biên độ bằng uDZ3

, qua phần tử đảo ta nhận đợc USS nh hình vẽ.
b./ Mạch so sánh dùng khuếch đại thuật toán so sánh nối tiếp:
+ chức năng:

Khối ny có nhiệm vụ thực hiện việc so sánh giữa điện áp điều khiển

với điện áp răng ca để xác định thời điểm xuất hiện xung điều khiển (trị số
của góc mở ).
U
R10
-Uđk R11

+UCC

Uđk
Uss

A2
Urc R12
R11

Urc
R13

-UCC

0

t2 t3

t4

t

USS

0

Hình 2-9: a./ Sơ đồ nguyên lý :

t1



t

b./ Giản đồ điện áp



21


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
+ Nguyên lý làm việc.

Điện áp răng ca có điện thế dơng ( Urc > 0 ) đợc xem l điện áp tựa
(điện áp chuẩn), điện áp điều khiển có điện thế âm ( Urc < 0 ), thời điểm xuất
hiện xung điều khiển đợc xác định khi U dk = Urc (quá trình so sánh đợc
thực hiện ở sờn trớc của xung răng ca )
-

U dk > Urc USS - UCC.

-

U dk < Urc USS + UCC.

Trong quá trình lm việc Uđk thay đổi từ
mở thay đổi từ /2 0

U RC max
2

0(v) tơng ứng góc

c./ Mạch so sánh dùng Tranzitor .
Mạch so sánh có chức năng tạo thời điểm xuất hiện của xung điều khiển
Tiristor. Dới đây l một sơ đồ nguyên lý mạch so sánh tín hiệu điện áp răng
ca v điện áp điều khiển cùng giá tri đặt để đa ra xung có thời điểm xuất
hiện phù hợp đối với yêu cầu thời điểm xuất hiện xung đa đến Tiristor.

UCC2

R6
D2

USS

D3

Uđk

Urc

0

t

T3

+
Urc

USS
C2

Dz2 Uđ

t

0

Ucebh



+ Uđk +

Uđ

R5

-

UCC2

u

R7

(b)

(a)

Hình 3-10: Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh (a), giản đồ thời gian (b).

Nhìn trên sơ đồ ta thấy điện áp răng ca, điện áp điều khiển v điện áp đặt
lấy trên điốt ổn áp Dz2 đợc tổng hợp trên điện trở R5. Trong đó điện áp Uđ đặt
nên R5 có tác dụng mở Tranzistor T3 còn điện áp răng ca v điện áp điều
22




Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
khiển đặt nên R5 có chức năng khóa T3. Thông thờng ngời ta cho điện áp
đặt có giá trị bằng giá trị của điện áp răng ca cực đại: Uđ = Urc max. Do đó khi
không có điện áp điều khiển thì trên chân B của T3 điện áp răng ca sẽ bị gìm
xuống dới mức 0 (v). Khi điện áp điều khiển tăng dần thì điện áp răng ca
đợc nâng dần nên trên mức 0 (v) nh giản đồ thời gian hình 3-10b.
Quan sát trên giản đồ thời gian ta thấy khi điện áp răng ca còn có giá trị
Urc < 0 thì Tranzistor T3 mở bão hòa nhờ điện áp Uđ. Lúc ny điện áp ra của
mạch so sánh lấy trên chân C của T3 có giá trị sẫp xỉ 0 (v): USS = -Ucebh 0 (v).
Khi giá trị điện áp Urc 0 thì tiếp giáp Je của T3 bị phân cực ngợc nên T3
khoá chắc chắn. Điện áp ra của mạch so sánh có giá trị sấp xỉ giá trị của điện

áp nguồn nuôi UCC2 v cực tính của USS l cực tính âm so với mát: USS -UCC2 .
Nh vậy khi tổng điện áp Urc + Uđk - Uđ < 0 thì T3 mở bão ho v USS =Ucebh 0. Còn khi tổng điện áp Urc + Uđk - Uđ 0 thì T3 khoá chắc chắn v USS
-UCC2. Nếu ta coi thế UCC2 l mức logic 1 còn -Ucebh 0 l mức logic 0
thì ta thấy trên giản đồ thời gian tại các thời điểm tổng điện áp Urc + Uđk - Uđ =
0 sẽ xuất hiện một xung âm. Nếu ta thay đổi Uđk v giữ nguyên các điện áp
khác thì thời điểm Urc + Uđk - Uđ = 0 sẽ thay đổi dẫn đến thời điểm xuất hiện
của xung âm cũng thay đổi theo.
* Tính chọn cho mạch so sánh:
Chọn điện áp nguồn nuôi của mạch có giá trị UCC2 = 12 (v). Tranzistor T3 có
chức năng nh một khóa điện tử do đó ta chọn T3 cũng giống nh ở phần
mạch ĐBH-FSRC, T3 có nhãn hiệu C828 hoặc C945 hay một loại khác tơng
đơng. Do ta chọn điện áp đặt có giá trị bằng giá trị điện áp răng ca nên Dz2
ta chọn l điốt ổn áp có thông số UDz2 = 6,3 (v). Điện trở R6 cùng Dz2 tạo
thnh một mạch ổn áp thông số nên cách tính chọn cho R6 v Dz2 hon ton
tơng tự nh ta tính chọn cho R3 v Dz1. Tụ C2 đóng vai trò l thnh phần san
phẳng đối với điện áp Uđ nên ta có thể chọn C2 có dung lợng l 0,01F =10F.
Hai điốt D2, D3 l hai điốt chỉnh lu loại IN4007. Điện trở R5 v R7 l hai điện
trở hạn chế bảo vệ Tranzistor, ta có thể chọn R5 = 5600 (), R7 = 2700().



23


Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
3. Khối sửa xung và khuếch đại xung:

a. Khối sửa xung và khuếch đại xung dùng mạch vi phân và
mạch Dalingtơn dùng Tranzitor pnp .
Xung của mạch so sánh đa ra đã thoả mãn đợc thời điểm xuất hiện (góc

) nhng cha thoả mãn về độ rộng v công suất đối với yêu cầu của xung
điều khiển Tiristor. Thông thờng xung ra của mạch so sánh còn rộng so với
độ rộng chuẩn của xung điều khiển Tiristor nên trớc khi đa xung từ mạch so
sánh đến điêù khiển Tiristor thì ta phải sửa lại độ rộng xung cho phù hợp.
Khối khuếch đại xung có nhiệm vụ khuếch đại công suất cho xung sau khi sửa
v truyền đến mở Tiristor. Hình 3-5 l sơ đồ nguyên lý mạch sửa xung v
khuếch đại xung cùng giản đồ thời gian mô tả hoạt động của mạch. Trong sơ
đồ, mạch khuếch đại xung đợc kết cấu từ hai Tranzistor T4, T5 ghép kiểu
Darlington (mắc nối tiếp hai Tranzistor) theo sơ đồ cực phát chung. Hai
Tranzistor mắc nối tiếp nh vậy tơng đơng với một Tranzistor có hệ số
khuếch đại dòng điện () theo sơ đồ phát chung bằng tích hệ số khuếch đại
dòng của hai Tranzistor thnh phần: = 4. 5. Trong đó 4, 5 l hệ số
khuếch đại dòng điện của hai Tranzistor T4 v T5.
USS
BAX

-Ucc3
D5

*

D7
D6

R9

R8

*

t1 t1 t2

t3

t

G

Ucebh
UC3

UđkTi
K

t

0

UAKD4

C3

t

T4

_

0

Uss

t4

0

D4

T5

UđkTi

+

0

t



(b)

(a)

Hình 2-11: Sơ đồ nguyên lý (a) v giản đồ thời gian (b).

24

Hớng dẫn bài tập dài Kỹ thuật Xung .
Trong mạch ngời ta lợi dụng nội trở trên tiếp giáp Je của T4 v T5 để cùng
tụ C3 tạo thnh mạch sửa xung. Thực chất đây l mạch vi phân tín hiệu gồm tụ
C3 v nội trở rebT4 + rebT5 của hai Tranzistor. Điện áp vo của mạch vi phân l
điện áp lấy ra của mạch so sánh USS, còn điện áp ra của mạch vi phân đợc lấy
trên điện trở của mạch hay chính l điện áp UKAD3 trên điốt D3. Nhìn trên sơ đồ
nguyên lý ta thấy điện áp ny đặt tới chân E của T5 v chân B của T4, đồng
thời nó phân cực thuận cho hai tiếp giáp Je của T4 v T5. Do đó điện áp ny có
tác dụng mở hai Tranzistor T4 v T5.
Biến áp xung BAX trong mạch có chức năng chính l truyền xung từ mạch
khuếch đại xung đến Tiristor để cách ly giữa mạch điều khiển v mạch động
lực. Ngoi ra nhờ vo tính chất bão ho từ của lõi thép m biến áp xung còn
tham gia sửa dạng xung khi độ rộng của xung đa tới mạch khuếch đại còn
quá rộng. Nguyên lý sửa xung của biến áp xung đợc thể hiện trên hình 3-6.
Trong đó tX l độ rộng của xung vo cuộn sơ cấp BAX (uv), còn tbh l khoảng
thời gian tính từ lúc cấp xung cho BAX đến lúc từ thông trong lõi thép của
BAX bão hòa.
uv
0

uv
t1 t2

t3 t4

0

t
ur

ur
0

t

t1

t2 t3
t1

t4

t

t3

0

tx tbh (a).

t
tx > tbh (b).

Hình 2-12: Giản đồ thời gian mô tả nguyên lý hoạt động của BAX.
* Nguyên lý sửa xung của BAX:
Trên hình 2-12a l trờng hợp xung vo cuộn sơ cấp biến áp xung có độ
rộng nhỏ hơn hoặc bằng khoảng thời gian bão hòa từ của BAX. Do đó xung ra
ur lấy trên cuộn thứ cấp biến áp xung có độ rộng bằng độ rộng của xung vo.
ở hình 2-12b l trờng hợp độ rộng của xung vo BAX lớn hơn thời gian

bão ho từ của BAX. Tại thời điểm t1 có xung vo cuộn sơ cấp BAX nên trên



25