đồ án 2 mạch nghịch lưu

Trường Đại học Vinh

Đồ án Môn học

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công
suất lớn, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công
suất đã được sử dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng
các nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trong thực tế sử dụng điện năng ta
cần thay đổi tần số của nguồn cung cấp, các bộ biến tần được sử dụng rộng
rãi trong truyền động điện, trong các thiết bị đốt nóng bằng cảm ứng, trong
thiết bị chiếu sáng... Bộ nghịch lưu là bộ biến tần gián tiếp biến đổi một chiều
thành xoay chiều có ứng dụng rất lớn trong thực tế như trong các hệ truyền
động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa...
Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu
môn Điện tử công suất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống
sản xuất hiện đại. Vì vậy để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến
thức đó vào trong thực tế, chúng em được nhận đồ án môn học với đề tài:
“Thiết kế , mô phỏng mạch nghịch lưu một pha”. Với đề tài được giao,
chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý
thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho việc
hoàn thiện sản phẩm.
Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy Nguyễn Hoa Lư cùng
với sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn
thành xong đồ án của mình.Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế
nên không tránh khỏi thiếu sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất
mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn
bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét của giáo viên
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
Giáo viên hướng dẫn
PGS.TS.Nguyễn Hoa Lư


A. LỜI MỞ ĐẦU
* Số liệu cho trước
- Các giáo trình và tài liệu chuyên môn
- Các trang thiết bị đo, kiểm tra tại xưởng thực tập, thí nghiệm.
1.1 Phân tích yêu cầu của đề tài.
Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải đi thiết kế một bộ nghịch

lưu cho ra điện áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số trong
mạch đo được là 50Hz, công suất ra của bộ nghịch lưu là 300W.
Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch và cho biến áp.
Biến áp ở đây sử dụng như một bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao
hơn nhiều lần so với giá trị áp ban đầu. Chính vì mạch có khả năng biến đổi
nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều nên mạch có tính thiết thực rất lớn
trong thực tế.
Mạch là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh
kiện công suất. Mạch sử dụng các van bán dẫn công suất như Transistor,
MOSFET, IGBT…Trong quá trình chạy mạch thì xung tạo ra là xung
vuông và được khuyếch đại lên bằng các van bán dẫn là Transistor, IGBT…
1.2 Mục tiêu của đề tài.
Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất.
Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của
mạch nghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án
tối ưu nhất để có áp dụng trên đồ án của mình và ngoài thực tiễn.
Có khả năng tính toán, thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu điện áp
một pha với công suất cho trước.
1.3 Ý nghĩa của đề tài.


Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng
cao kiến thức chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế. Đề tài còn
thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là sinh
viên khoa Điện Tử - Viển Thông tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài
liệu cho các học sinh, sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên
cứu và học tập.
Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ
giúp chúng em có thể hiểu sâu hơn về các bộ nghịch lưu, các phương pháp
biến đổi điện áp. Từ đó sẽ tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và

ra ngoài thực tế.
1.4 Nội dung cần hoàn thành:
- Lâp kê hoach thực hiên.
Giới thiệu một số ứng dụng và đặc điểm của mạch nghịch lưu một
pha.
Phân tích nguyên lý làm việc và các thông số trong mạch nghịch
lưu một và ba pha.
Thiết kế, chế tạo mạch nghịch lưu một pha đảm bảo yêu cầu:
+ Điện áp đầu vào một chiều U = 12V lấy từ ắc quy.
+ Điện áp đầu ra dùng cho các thiết bị điện xoay chiều U = 220V
f = 50HZ , P = 300W
+ Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm, sản phẩm phải đảm bảo yêu cầu
kỹ thuật.


CHƯƠNG I :CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Giới thiệu về các van bán dẫn công suất.
Các phần tử bán dẫn công suất đều có những đặc tính cơ bản chung, đó
là :
Các van bán dẫn chỉ làm việc trong chế độ khoá, khi mơ cho dòng
chạy qua thì có điện trở tương đương rất nhỏ, khi khoá không cho dòng
chạy qua thì có điện trở tương đương rất lớn.
Các van bán dẫn chỉ dẫn dòng theo một chiều khi phần tử được đặt
dưới điện áp phân cực ngược, dòng qua phần tử chỉ có giá trị rất nhỏ, cỡ
mA, gọi là dòng rò.
1.1. Điốt công suất.
Điốt do hai lớp vật liệu bán dẫn P – N ghép lại thành. Điện tích mặt
ghép có khi đạt tới hàng chục cm2, với mật độ dòng điện 10A/mm.

Hình 1 : Cấu tạo và đường đặc tính V – A của điốt

1.2. Tiristor : ( SCR ).
Tirirtor là một thiết bị gồm bốn lớp bán dẫn P1,N1,P2,N2

tạo

thành, tirirtor phải được cấp một xung dương thì nó mới hoạt động. Do đó
SCR thiết kế phải có 3 chân : chân Anot, Katot và chân điều khiển G.


a : Cấu tạo của tiristor

b : Ký hiệu và hình dạng thực

c : Đặc tính V – A của tiristorHình
1.3. Triắc.


Triắc là thiết bị bán bẫn ba cực, bốn lớp có đường đặc tính volt –
ampe đối xứng, nhận góc mơ cho cả hai chiều. Thực chất Triắc được chế tạo
giống như 2 SCR ghép song song với nhau, dùng để dẫn dòng AC cả hai
chiều khi cực G được kích xung dương hoặc áp âm.

Hình 3 : Kí hiệu của trắc
1.4. Transistor công suất.
1.4.1. Transistor lưỡng cực ( BJT ).
Transistor lưỡng cực là thiết bị gồm ba lớp bán dẫn NPN hoặc PNP,
được dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ tương đối lớn.
Hệ số khuyếch đại dòng, kí hiệu là
=(1

1,5 ) V.= 10

a : Cấu trúc kí hiệu của Transistor công suất NPN


b : Đặc tính vôn – ampe của Transistor công suất NPN
Hình 4 : Cấu tạo và đặc tính V – A của Transistor công suất NPN
Công suất tổn thất trong Tr khi làm việc với tải xác định nhỏ hơn
nhiều lần so với công suất tổn thất khi transistor chuyển trạng thái. Tích công
suất chuyển trạng thái pc với thời gian chuyển trạng thái tc là năng lượng
tổn thất trong quá trình chuyển trạng thái. Năng lượng tổn thất tỉ lệ thuận với
tần số hoạt động của transistor, khi đó nhiệt độ bên trong Tr không được vượt
quá 200oC.
Để giảm nhỏ năng lượng tổn thất do Tr chuyển trạng thái gây nên
người ta dùng các mạch trợ giúp. Việc sử dụng các mạch trợ giúp được xem
là bắt buộc khi Tr làm việc ơ các điều kiện sau :
f > 5 kHz hoặc VC

60V, IC > 5A.

1.4.2. Transistor MOS công suất ( MOSFET ).
Transistor MOS có ba cực :
D - cực máng ( drain ) : các điện tích đa số từ thanh bán dẫn chảy ra
máng.
S - cực nguồn ( source ) : các điện tích đa số từ cực nguồn chảy vào
thanh bán dẫn.


G - cực cổng ( gate ) : cực điều khiển.
Tương đương về thuật ngữ giữa Transistor MOS và Transistor lưỡng

cực.
Transistor MOS

Transistor lưỡng cực

D

Colectơ C

S

Emitơ E

G

Bazơ B

VDD : nguồn điện máng.

VCC

VGG : nguồn điện cổng.

VBB

ID : dòng điện máng.

IC

2. Tổng quan về nghịch lưu và một số mạch ứng dụng .

2.1.Tổng quan về nghịch lưu
Trong công nghệ, ta thường gặp vấn đề biến đổi điện áp một chiều
thành điện xoay chiều và ngược lại bằng các thiết bị nắn điện. Các thiết bị đó
được gọi là nghịch lưu.
Khái niệm: Nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều
thành năng lượng xoay chiều.
Phân loại: Các sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại.
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ơ chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều.
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ơ chế độ độc lập (với các nguồn độc lập
như máy phát một chiều ....) ác quy,
Nghịch lưu phụ

thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có

điều khiển.
Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một
chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mơ

của các tiristo thoả mãn

điều kiện (/2 << ) lúc đó công xuất của máy phát điện một chiều trả về lưới


xoay. Tần số và điện áp nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số điện áp lưới
xoay chiều.
Nghịch lưu độc lập
làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các nguồn độc lập
(không phụ thuộc vào lưới xoay chiều) thành xoay chiều với tần số pha tuỳ
ý. Tần số và điện áp nghịch lưu. Nói chung có thể điều chỉnh tuỳ ý. Có hai
dạng sơ đồ nghịch lưu độc lập là mạch cầu và mạch dùng biến áp có trung

tính.
Sơ đồ nghịch lưu lập được chia là ba loại cơ bản:
- Nghịch lưu độc lập điện áp .
- Nghịch lưu độc lập dòng điện.
- Nghịch lưu độc lập cộng hương
2.2 Một số mạch ứng dụng .
a.Phương án 1: Dùng Transistor công suất : Dùng hai Transistor công
suất T 1 và T 2 dao động đa hài phát ra tín hiệu đóng. Hai Transistor T 1 và
T 2 mắc cùng với bốn điện trơ, trong đó có sử vuông. dụng trơ công suất
thành mạch tạo ra xung
Dùng các cổng logic : Có thể dùng các cổng logic như các cổng
NAND, NOR, cổng đảo…có thể dùng IC 4011 hoặc IC SN7400.
Dùng các con trigơ và vi mạch : Có thể dùng vi mạch 555 hoặc IC
4047B, là những IC phát xung chủ toán.
Sơ đồ: đạo và xung này được qua một IC khuyếch đại thuật


Phương án này tuy chuyển được nguồn một chiều 12V lên 220V xoay
chiều nhưng có nhược điểm độ ổn định không cao .
b.phương án 2
-Dùng IC 555 để tạo xung đa hài .Điện áp đầu ra của IC 555 là 11 V ơ
mức cao và 0.05 V ơ mức thấp.
-Dòng điện và điện áp làm việc của IC nhỏ, còn ơ mạch động lực
dòng làm việc lớn. Để cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực ta sử
dụng IRF 540N
Khi được cấp nguồn 555 sẽ hoat động tạo xung 50Hz và lệch pha
nhau 180 độ. Diode của PC phát sáng có xung trên Colecto của PC. Xung
điện áp đối xứng kích mơ cho K956, K956 dẫn dòng làm cho máy biến áp
điểm giữa xuất hiện dòng điện trong cuộn sơ cấp ở cả hai nửa chu kỳ.
- Khi xảy ra sự cố quá tải dòng tăng sẽ cắt điện áp cấp cho mạch

3. Máy biến áp và ác quy.
3.1. Máy biến áp.
-Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm
ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều
nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Hệ thống điện đầu vào máy biến áp ( trước lúc
biến đổi ) có : điện áp U1, dòng điện I1, tần số f. Hệ thống điện đầu ra của
máy biến áp ( sau khi biến đổi ) có : điện áp U2, dòng điện I2 và tần số f.
-Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp.
Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp. Các đại lượng, các thông số sơ cấp trong ký
hiệu có ghi chỉ số 1 : số vòng dây sơ cấp w1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ
cấp I1, công suất sơ cấp P1. Các đại lượng và thông số thứ cấp có chỉ số 2 :
số vòng dây thứ cấp w 2, điện áp thứ cấp U2, dòng điện thứ cấp I2, công suất
thứ cấp P2.


-Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn sơ cấp là máy biến áp tăng áp. Nếu điện
áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp giảm áp.
Máy biến áp có hai bộ phận chính : lõi thép và dây quấn.
+ Lõi thép máy biến áp :
-Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế
tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt, thướng là thép kỹ thuật điện. Lõi thép gồm
hai bộ phận :
- Trụ là nơi để đặt dây quấn.
- Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ và không tạo thành mạch từ khép kín.
Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ
thuật điện ( dày 0,35mm đến 0,5mm, hai mạch có sơn cách điện ) ghép lại
với nhau thành lõi thép.

+ Dây quấn máy biến áp :
-Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng ( hoặc
nhôm ), có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.
-Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các
vòng dây, giữa các dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn có cách
điện với lõi thép. Máy biến áp có hai thường có hai hoặc nhiều dây quấn.
Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ, thì dây quấn thấp áp đặt sát trụ thép,
dây quấn cao áp đặt ra lồng ngoài. Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách
điện.


a : Lõi thép máy biến áp

b : Dây quấn máy biến áp

Hình 11 : Lõi thép và dây quấn máy biến áp
-Để làm mát và tăng cường cách điện cho máy biến áp, người ta
thường đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa dầu máy biến áp. Đối
với biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu dầu có chứa cánh tản nhiệt.
3.2. Ăcquy.
-Ăcquy là loại bình hoá học dùng để tích trữ năng lượng điện và làm
nguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện như động cơ điện, bóng đèn làm
nguồn nuôi cho các linh kiện điện tử vv...
- Sức điện động lớn, ít thay đổi khi phóng nạp điện.
- Sự tự phóng nạp điện.
-

Năng lượng nạp điện và bao giờ cũng bé hơn năng lượng điện mà

ăcquy phóng ra.

-

Điện trơ trong của ác quy nhỏ. Nó bao gồm điện trơ của các bản

cực, điện trơ dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm
ngăn các bản cực. Thường trị số điện trơ trong của ac quy khi đã nạp điện
đầy là 0.001đến 0.0015 và khi ắc quy phóng điện hoàn toàn là 0.02đến 0.025

14


-Có hai loại ăcquy là : ăcquy axit ( hay ăcquy chì ) và ăcquy kẽm
(ăcquy sắt kền hay ăcquy cadimi - kền ). Trong đó ăcquy axit được dùng
rộng rãi và phổ biến hơn.
-Hình 12 : Quá trình nạp điện cho ăcquy

15


CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
2.1.Tính toán máy biến áp
Lựa chọn máy biến áp điểm giữa vì so sánh về phương án lựa chọn
này là tối ưu mặt kinh tế và mặt kĩ thuật phương pháp lựa chọn này là tối ưu.

Máy biến áp có các thông số: U11 = 12V, U2 = 220V, f = 50HZ, P =
300VA
Do máy biến áp điểm giữa nên điện áp U1 = 2.U11 = 2.12 = 24( V )
Công suất của máy biến áp: P =.U2.I2
Trong đó: P là công suất của máy biến áp
U2 là điện áp của cuộn thứ cấp máy biến áp

I2 là dòng điện của cuộn thứ cấp máy biến áp là hiệu suất máy biến áp
Chọn

Áp dụng tỉ số máy biến áp

16


17


Do máy biến áp điểm giữa nên điện áp sơ cấp được tính bằng U1 = 24
(V)

Công suất máy biến áp cần chọn
P1 = U1 * I1=24 *14,67 = 352 (W)
Vậy ta chọn máy biến áp có công suất P = 352W với I = 15A
2.2. MOSFET công suất K956
a.Hình dạng

Transistor MOS có ba cực :
D - cực máng ( drain ) : các điện tích đa số từ thanh bán dẫn chảy ra
máng.
S - cực nguồn ( source ) : các điện tích đa số từ cực nguồn chảy vào
thanh bán dẫn.
G - cực cổng ( gate ) : cực điều khiển.
Tương đương về thuật ngữ giữa Transistor MOS và Transistor lưỡng
cực. Transistor MOS
D
S

Transistor lưỡng cực
Colectơ C
Emitơ E G


Bazơ B VDD : nguồn điện máng.

VCC

VGG : nguồn điện cổng.

VBB

ID : dòng điện máng.

IC

b.Đặc tính

2.3. Thiết kế mạch điều khiển
2.3.1. Nhiệm vụ và chức năng của mạch điều khiển :
*

Nhiệm vụ

-

Điều chỉnh được độ rộng xung trong nửa chu kì dương của điện áp

đặt lên colector và emitor của van .
-

Tạo ra được xung âm có biên độ cần thiết để khoá van trong nữa

chu kì còn lại .


-

Xung điều khiển phải có đủ chắc chắn biên độ và năng lượng để

mơ và khoá van
-

Tạo ra đươc tần số theo yêu cầu .

-

Dễ dàng lắp ráp, thay thế khi cần thiết, vận hành tin cậy, ổn định .

-

Cách ly với mạch động lực

*

Yêu cầu chung về mạch điều khiển là :

-

Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong hệ thống, nó là bộ phận

quyết định chủ yếu đến chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi nên cần có
những yêu cầu sau :
*

Về độ lớn của dòng điện và điện áp điều khiển:

Các giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép. Giá trị nhỏ nhất
cũng phải đảm bảo được rằng đủ cung cấp cho các van mơ và khoá an toàn.
Tổn thất công suất trung bình ơ cực điều khiển nhỏ hơn giá trị cho phép .
*

Yêu cầu về tính chất của xung điều khiển :

Giữa các xung mơ của các cặp van phải có thời gian chết, thời gian
chết này phải lớn hơn hoặc bằng thời gian khôi phục tính chất điều khiển của
van .
*

Yêu cầu về độ tin cậy của mạch điều khiển :

Phải làm việc tin cậy trong mọi môi trường như trường hợp nhiệt độ
thay đổi , có từ truờng...
*

Yêu cầu về lắp ráp và vân hành :Sử dụng dễ dàng , dễ thay thế , lắp

ráp . . .

2.3.2. Tính toán mạch điều khiển:
Để tạo ra khối phát xung ta sử dụng IC 555 có các thông số sau : Sơ
đồ chân của vi mạch như sau:


Sơ đồ chân IC 555
+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là
chân chung.
+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và
được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây
dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.
+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic.
Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao
nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với
0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ
(0.35 ->0.75V) .
+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối
masse thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái
ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được
dao động thường hay nối chân này lên VCC.
+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn
trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối
GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu
người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến
0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện
áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.
+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và
chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa

này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C
lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .
+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng
cho IC hoạt động. Không có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp từ
2V -->18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)
-Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động
Cấu tạo

cấu tạo bên trong IC 555
Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc của 555 gồm : 2 con
OPAM, 3 con điện trở, 1 transitor, 1 FF ( ở đây là FF RS):
- 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp
- Transistor để xả điện.
- Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu
tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Opamp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân
2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn
hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset.
Nguyên tắc hoạt động


Nguyên lý hoạt động
Ở trên mạch trên ta bít là H là ỏ mức cao và nó gần bằng Vcc và L là mức thấp
và nó bằng 0V. Sử dụng pác FF - RS
Khi S = [1] thì Q = [1] và = Q- = [ 0].
Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và =Q- = [0].
Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0].
Khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q-= [1], transisitor mở
dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6
không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset.

Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C.
* Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3:
- Lúc này V+1(V+ của Opamp1) > V-1. Do đó O1 (ngõ ra của Opamp1) có
mức logic 1(H).
- V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) . Do đó O2 = 0(L).
- R = 0, S = 1 --> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
- Q = 1 --> Ngõ ra = 1.
- /Q = 0 --> Transistor hồi tiếp không dẫn.
* Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3:
- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 < V-2. Do đó O2 = 0.
- R = 0, S = 0 --> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0).
- Transistor vẫn ko dẫn !
* Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3:
- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 > V-2. Do đó O2 = 1.


- R = 1, S = 0 --> Q=0, /Q = 1.
- Q = 0 --> Ngõ ra đảo trạng thái = 0.
- /Q = 1 --> Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V !
- Tụ C xả qua Rb. Với thời hằng Rb.C
- Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C
nhảy xuống dưới 2Vcc/3.
* Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 --> Vcc/3:
- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 < V-2. Do đó O2 = 0.
- R = 0, S = 0 --> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1).
- Transistor vẫn dẫn !
* Tụ C xả qua ngưỡng Vcc/3:

- Lúc này V+1 > V-1. Do đó O1 = 1.
- V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) . Do đó O2 = 0.
- R = 0, S = 1 --> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
- Q = 1 --> Ngõ ra = 1.
- /Q = 0 --> Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và
tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3.
Như vậy:
Trong quá trình hoạt động bình thường của 555, điện áp trên tụ C chỉ dao
động quanh điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3. (Xem dường đặc tính tụ điện phóng nạp
ở trên)
- Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3, và kết thúc nạp ở
thời điểm điện áp trên C bằng 2Vcc/3.Nạp điện với thời hằng là (Ra+Rb)C.
- Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu là 2Vcc/3, và kết thúc xả ở thời
điểm điện áp trên C bằng Vcc/3. Xả điện với thời hằng là Rb.C.
- Thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời gian nạp điện, mức 0 là xả điện.


Điều chế độ rộng xung
Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có công thức tính tần số , độ rộng xung.
+ Tần số của tín hiệu đầu ra là :
f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))
+ Chu kì của tín hiệu đầu ra : t = 1/f
+ Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì :
t1 = ln2 .(R1 + R2).C
+ Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì :
t2 = ln2.R2.C
NHư vậy trên là công thức tổng quát của 555. Tôi lấy 1 ví dụ nhỏ là : để tạo
được xung dao động là f = 1.5Hz . Đầu tiên tôi cứ chọn hai giá trị đặc trưng là
R1 và C2 sau đó ta tính được R1. Theo cách tính toán trên thì ta chọn : C =
10nF, R1 =33k --> R2 = 33k (Tính toán theo công thức)