ĐIỆN TỬ-TIN HỌC NGÀNH ĐIỆN TỬ

                         NHIỆM  VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên :            

Lớp: ĐHĐT

Ngành  : Điện  Tử Công  Nghiệp

Tên đề tài:  ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

Chương 1: Giới thiệu về đề tài

 

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông, momen… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

- Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.

- Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai.

Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải thay đổi của động cơ điện.

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.

Để điều khiển động cơ ta phải sử dụng mạch khuyếch đại công suất để điều khiển, vì đề tài giới hạn ở mạch công suất nên nhóm chỉ giới thiệu một số linh kiện có liên quan:

 

A. ĐIỆN TRỞ

Kí hiệu:         

Hoặc:             

Các thông số kỹ thuật:

1. Trị số danh định:

Trị số này được tính bằng Ohm(W), thường được ghi ngay trên thân điện trở bằng chữ số hoặc bằng vòng màu. Trị số điện trở có thể từ vài Ohm đến vài triệu Ohm.

2. Công suất danh định:

Đó là công suất tiêu tán trên điện trở có thể chịu đựng được trong thời gian dài, không bị quá nóng làm biến đổi hẳn trị số  điện trở.

Trong công nghiệp, các điện trở được sản suất có các trị số công suất danh định: 1/8W; 1/4W; 1/2W;  1W; 2W; 3W; 5W; 7,5W; 10W.

Điện trở có công suất tiêu tán lớn thì có kích thước lớn.

3. Điện áp làm việc tối đa:

Đó là trị số lớn nhất của điện áp một chiều hoặc trị số hiệu dụng của điện áp một chiều hoặc trị số hiệu dụng của điến áp xoay chiều có thể đặt vào hai đầu điện trở mà điện trở vẫn chịu đựng được và làm việc bình thường.

4. Dung sai điện trở:

Dung sai là độ sai số của điện trở. Có ba cấp dung sai thường dùng là:  ± 20%; ± 10%; ±5%.Ngoài ra, với những điện trở cần dùng trong những mạch yêu cầu độ chính xác cao như mạch đo lường thì mức sai số nhỏ hơn: Từ ±2%; ±1%.

5. Đơn vị:

Đơn vị của điện trở là Ohm (W Ohm) với các bội số:

_ Kilô Ohm (KW hay K) =1000 W =10³W

_ Mêga Ohm (MW hay M) = 1000000=10⁶W

Phân loại và cấu tạo:

Người ta chia điện trở thành:

_ Điện trở có trị số không đổi.

_ Điện trở có trị sổ đổi được, còn gọi là biến trở. Tùy theo kết cấu của điện trở mà người ta phân loại:

1. Điện trở than trộn:

Điện trở do bột than tán nhỏ trộn với chất cách điện và một thứ keo rồi ép lại thành từng thỏi, hàn đầu có dây ra để hàn nối.

Loại điện trở này rẻ tiền, dễ làm nhưng có khuyết điểm là không ổn định, độ chính xác thấp, mức độ tạp âm cao. Hình dáng loại điện trở này như hình bên. Trên thân điện trở có những vành màu hoặc chấm màu ở thân và bôi màu ở một đầu.  Đó là những qui ước màu dùng để biểu thị trị số điện trở. Các loại điện trở than ép này có trị số than ép có trị số từ 10 W đến vài chục MW, công suất từ ¼ W đến vài Walts.

2. Điện trở than phun: (điện trở mang than)

Điện trở này gồm một ống bằng sứ, chịu được nhiệt độ cao, người ta tạo những màng than lên lõi sứ này. Người ta gọt lớp than trên theo hình xoắn ốc để tăng độ dài và do đó tăng giá trị điện trở. Sau đó phủ bằng một lớp sơn cách điện và in trên giá trị điện trở, hai đầu ống có bọc kim loại có dây dẫn để hàn.

3. Điện trở dây quấn:

Làm bằng dây hợp kim có điện trở suất cao, quấn trên lõi bằng sứ, bên ngoài có thể để trần hoặc phủ một lớp sơn cách điện để chống ẩm, chống va chạm, có thể làm đứt các vòng dây. Trị số điện trở được ghi trên lớp sơn này. Điện trở dây quấn được dùng trong những trường hợp mạch điện có dòng điện lớn đi qua và công suất trên điện trở lớn.

4. Biến trở:

Biến trở là một điện trở có thể biến đổi trị số tùy theo yêu cầu sử dụng nhờ một nút vặn. Biến trở là một điện trở dây quấn hoặc màng than hình vành khăn trên đó có một con chạy, có thể thay đổi vị trí tiếp xúc với bản điện trở đó. Để điều chỉnh vị trí của con chạy, người ta gắn vào nó cơ cấu chuyển động hoặc trục quay ở giữa, một biến trở có ba mối dây: hai mối bắt ở hai đầu biến trở, một mối giữa bắt vào con chạy.

5. Trị số danh định:

Là trị số điện trở đo được ở hai mút ngoài cùng của bản điện trở, không phụ thuộc vào vị trí con chạy. Khi quay trục của biến trở thì làm thay đổi vị trí của con chạy, tức làm thay đổi giá trị điện trở.

Cách ghi trị số:

Người ta dùng qui luật màu để biểu thị trị số và mức sai số của điện trở. Chữ số tương ứng với các màu sơn trên điện trở như sau:

 

Màu	Số
Đen	0
Nâu	1
Đỏ	2
Cam	3
Vàng	4
Xanh lá(lục)	5
Xanh dương(lam)	6
Tím	7
Xám	8
Trắng	9

 

 

B. TỤ ĐIỆN

1. Thông số kỹ thuật:
   1. Điện dung danh định:

Là giá trị ghi trên thân tụ bằng chữ số hoặc bằng màu

2. Điện áp danh định:

Là điện áp tối đa cho phép áp dũng ở hai đầu tụ điện. Vượt quá trị số này tụ sẽ bị hư. Thường điện thế này ghi trên thân tụ.

3. Điện trở cách điện:

Trị số này biểu thị chất liệu của chất điện môi và cũng là biểu thị dòng điện vô (rỉ) qua tụ điện.

4. Đơn vị:

Đơn vị điện dung là Fara ( ký hiệu: F )

Fara là đơn vị rất lớn nên ta thường dùng các ước số sau:

Micro Fara (MF hay mF) = 1/1.000.000 F    = 10^-6 F

Nano Fara         (nF)        = 1/1.000 mF         = 10^-9 F

Pico Fara           (pF)        = 1/1.000.000 mF  = 10^-12 F

2. Phân loại và cấu tạo:
   1. Phân loại:

Người ta thường phân loại tụ theo chất điện môi dùng trong tụ điện.

1. Tụ điện có điện dung cố định:

_ Tụ sứ là tụ điện có điện môi làm bằng sứ.

_ Tụ mica là tụ điện có điện môi làm bằng mica.

_ Tụ giấy là tụ điện có điện môi làm bằng giấy.

_ Tụ hóa là tụ điện có điện môi làm bằng dung dịch hóa.

2. Tụ điện có điện dung biến đổi:

_ Tụ biến đổi.

_ Tụ nửa biến đổi.

2. Cấu tạo:

• Tụ điện có điện dung không biến đổi

1. Tụ sứ:

Trên một miếng sứ đặc biệt hình vuông hay hình tròn dẹp và mỏng như chiếc khuy áo làm chất điện môi, ở hai bên mặt có tráng kim loại bạc, hình thành hai má của tụ điện. Trị số của tụ điện vào khoảng từ vài pF đến vài chục nghìn pF. Tụ này thường dùng ở mạch có tần số cao.

2. Tụ giấy:

Gồm có hai thanh kim loại đặt xen kẽ giữa hai bản giấy dùng làm chất cách điện và cuộn tròn lại thành một ống. Ở hai đầu cuộn dây dẫn nối với là kim loại đưa ra để hàn, tụ thể có vỏ bọc bằng ống kim loại hay ống thủy tinh, ở hai đầu vó đổ nhựa bịt kín. Tụ này có ưu điểm là tuy kích thước nhỏ nhưng có điện dung lớn. Khuyết điển của tụ là rò điện lớn, dễ bị chập.

3. Tụ mica:

Tụ gồm có những lá kim loại đặt xen kẽ với những lá mica dùng làm điện môi. Các lá kim loại lẻ nối với nhau và nôi vào một đầu ra, các lá kim loại kim loại cũng nối với nhau và nối với một đầy ra. Toàn bộ tụ được bao bằng vỏ chất dẻo. Tụ mica có tính năng đắt hơn tụ giấy nhung đắt hơn.

4. Tụ hóa:

Loại tụ này dùng một dung dịch hóa học đặt giữa hai lá bằng nhôm làm hai cực của tụ. Khi có điện áp một chiều đặt giữa hai lá thì sinh ra một lớp oxít nhôm mỏng làm chất điện môi. Tụ thường cấu tạo hình ống, vỏ nhôm ngoài là cực âm, lõi giữa là cực dương, giữa hi cực là dung dịch hóa học. Tụ được bịt kín để tránh cho dung dịch hóa học khỏi mau khô vì dung dịch bị khô thì trị số của tụ giảm đi. Khi dùng tụ hóa cần lưu ý dấu các cực âm, cực dương theo đúng cực tính của điện áp . tụ hóa dùng cho mạch điện một chiều hoặc mạch điện có biến đổi trị số điện áp nhưng không thay đổi cực tính. Không dùng được tụ hóa cho mạch chỉ có điện áp xoay chiều tức là có cực tính biến đổi.

• Tụ có điện dung biến đổi:

Ký hiệu:

Người ta thường dùng những lá nhôm hình gần như bán nguyệt xếp xen kẽ với nhau.

Tấm cố định gọi là má tĩnh không gắn với trục xoay và tùy theo góc xoay mà phần điện tích đối diện này nhiều thì điện dung của tụ lớn, phần điện tĩnh này ít thì trị số điện dung của tụ nhỏ. Chất điện môi giữa hai lá là không khí. Tụ loại này còn gọi là tụ không khí hay tụ xoay.

Thường tụ có nhiều lá động nối song song với nhau đặt xen kẽ giữa lá tĩnh cũng nối sog song với nhau, các lá tĩnh thì cách điện đối với thân tụ, còn các lá động thì gắn vào trục xoay. Khi xoay trục tụ xoay làm biến đổi trị số điện dung của tụ.

• Tụ tinh chỉnh hay tụ bán chuẩn: thường dùng để chỉnh mạch chi chính xác. Những tụ này thừong có trị số nhỏ và phạm vi biến đổi hẹp. Người ta chỉ tác động với tụ này khi lấy chuẩn sau đó cố định vị trí.

Ký hiệu:

C. TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT: Bipolar Junction Transistor)

1. Cấu tạo và ký hiệu:

Transistor gồm hai nối P – N có chung một chất bán dẫn Silicium hoặc Germanium. Các cực được lấy ra từ ba vùng và được gọi là cực nền (Base viết tắt là B, cực phát (Emitter viết tắt là E), cực thu (Collector viết tắt là C).

1. Transistor PNP:

Hai nối P-N có chung vùng N tạo nên một Transistor PNP. Transistor PNP có mũi tên ở cực phát hướng vào cực nền

2. Transistor NPN:

Hai nối P-N có chung vùng P tạo nên một Transistor NPN. Transistor NPN co& mũi tên ở cực phát hướng ra ngoài.

2. Các dòng điện trong Transistor: (loại NPN)

Nguồn phân cực thuận mặt nối B – E è Si: V_BE » 0,6V

                                                               è Ge: V_BE » 0,2 V

Nguồn V_CC phân cực nghịch mât nối B – C

R_E, Rc hạn chế dòng điện không làm hư Transistor .

Do sự ohân cực như trên mạch nền - phát của Transistor là một mạch có tổng trở thấp, còn mạch thu – nền là một mạch có tổng trở cao.

Các dòng điện trong Transistor có thể giải thích như sau: (loại NPN)

Do nốinền phát được phân cực thuận, nhiều điện tử chạy từ cực âm của nguồn V_BE vào vùng phát và khuếch tán sang vùng nền. Số lỗ trống từ vùng nền khuếch tán sang vùng khác rất ít vì chất bán dận củ vùng nền được pha với tỉ lệ tạp chất ít hơn vùng phát.

Do vùng nền hẹo nên chỉ có một số ít điện tử tái hợp với lỗ trống của vùng nền, còn hầu hết điện tử đi thẳng qua vùng thu và bị hút về cực dương của nguồn V_CC.

 Các điện tử tự do đi vào vùng phát tạo nên dòng điện phát I_E chạy ra từ cực E (chiều dòng điện theo qui ước ngược với chiều di chuyển của điện tử). Các điện tử ra khỏi vùng thu để đến cực dương củ nguồn V_CC tạo nên dòng điện thu I_C đi vào cực thu.

Mặt khác, một ít lỗ trống đi vào vùng nền từ cực dương của nguồn V_BE để thế lỗ trống và đã bị tái hợp tạo nên dòng điện I_B theo cực B.

Ta thấy dòng phát là tổng số của dòng thu I_C và dòng điện I_B.

I_E = I_B + I_C      (1)

Và dòng thu IC rất gần bằng dòng phát I_E

I_C = aI_E           (2)

Hệ số a thường có trị số từ 0,95 => 0,99 tùy Transistor

a: còn gọi là hệ số khuếch đại dòng trong cách mắc cực B chung.

Từ (1) và (2) suy ra:

  : gọi là hệ số khuếch đại dòng của Transistor .

Ngoài ra, nối nền – thu phân cực nghịch nên có dòng điện rất nhỏ chạy từ cực dương của nguồn V_CC vào cực thu, gọi là dòng điện rỉ. Viết tắt là I_CO.

Do có dòng điện rỉ  I_CO nên dùng thu toàn thể là: I_C = aI_E + I_CO.

Trường hợp Transistor PNP, sự giải thích về các dòng điện, cũng tương tự như Transistor NPN, nhưng chiều dòng điện đổi ngược lại. Các hế thức cơ bản ở trên vẫn đúng.

3. Ba cách mắc Transistor:
   1. Mắc cực phát chung: (Common – Emitter viết tắt là CE)

Transistor mắc cực phát chung tức là cực phát được dùng chung cho cả đầu vào và đầu ra. Tín hiệu vào giữa cực nền và phát, còn tín hiệu ra lấy giữa cực thu và phát. Đây là cách mắc thông dụng nhất.

Nguồn V_BB phân cực thuận mặt nối B – E.

Nguồn Vcc phân cực nghịch mặt nối B - C .

Tụ C₁, C₂: tụ liện lạc với tầng trước và tầng sau.

Giả sử tín hiệu vào có bán kỳ dương, điện thế phân cực thuận V_BE tăng lên, làm Transistor dẫn mạnh,  cường đô I_C tăng, hiệu điện thế giữa hai đầu R_C tăng, mà điện thế điểm a không đổi, nên điện thế tại điểm b giảm , do đó tín hiệu ra có bán kỳ âm.

Khi tín hiệu vào có bán kỳ âm thì điện thế phân cực thuận V_BE giảm, làm Transistor dẫn yếu, dòng I_C giảm, nên hiệu điện thế R_C giảm, điện thế điểm a không đổi, điện thế tại điểm b tăng, tức tín hiệu ra có bán kỳ dương.

Ghi nhớ: Transistor mắc cực phát chung thì tín hiệu ra và tín hiệu vào đối pha nhau tín hiệu ở cực E đồng pha với tín hiệu ở cực B)

2. Mắc cực nền chung: (Common – Base viết tắt là C – B)

Nếu tín hiệu vào có bán kỳ dương thì điện thế phân cực thuận V_BE giảm làm cường độ I_C giảm => hiệu điện thế R_C cũng giảm. Điện thế tại điểm a cố định, nên điện thế tại điểm b tăng, tín hiệu ra có bán kỳ dương.

Nếu tín hiệu vào có bán kỳ âm thì điện thế phân cực thuận VBE tăng, nên dòng I_C tăng => điện thế tại điểm b giảm, tín hiệu ra có bán kỳ âm.

Ghi nhớ: Transistor mắc cực nền chung tín hiệu ra và vào đồng pha.

3. Mắc cực thu chung: (Common – Colledtor viết tắt là C – C)

Tín hiệu ra được lấy trân điện trở R_C.

Nếu tín hiệu vào có bán kỳ dương thì điện thấ phân cực thuận VBE tăng, làm cường độ IE tăng, do đó điện thế trên R_E tăng, mà V_b không đổi => V_a tăng => tín hiệu ra có bán kỳ dương.

Khi tín hiệu vào có bán kỳ âm, điện áp V_BE sẽ giảm, làm cường độ I_E giảm, nên hiệu điện thế trên R_E giảm, V_b không đổi nên V_a giảm, nghĩa là tín hiệu ra có bán kỳ âm.

Ghi nhớ: Transistor mắc cực th chung, tín hiệu ra và vào đồng pha.

4. Đặc tuyến của Transistor mắc cực phát chung:

Mắc mạch như hình vẽ:

Điều chỉnh V_BB để có được trị số I_B và giữ cố định vĩ trí này, vẽ sự biến thiên của I_C theo V_CE ta có một đường đặc tuyến ngõ ra. Sau đó lại điều chỉnh VBB để có được thị số I_B mới và giữ có định, vẽ sự biến thiên của I_C theo V_CE. Làm tương tự với nhiều trị số I_B để có họ đặc tuyến ngõ ra như H.2.

4. Các trạng thái hoạt động của Transistor:

Transistor có ba trạng thái (hay ba vùng) hoạt động:

Trạng thái ngưng dẫn cò gọi là trạng thái ngắt dòng: Điện thế VBE<VT của mối nối VBE tức hai mặt nối B – E và B – C đều phân cực nghịch.

Trạng thái khuếch đại: mặt nối B – E phân cực thuận và mặt nối B – C phân cực nghịch.

Trạng thái bão hòa: cả hai mặt nối B – E  và B – C đều phân cực thuận.

Ta có:

V_CESAT = 0,2 V (sat:saturation:bão hòa)

Mặt khác V_CC = V_CE + I_C.R_C        (Điều kiện bão hòa: I_C < bI_B)

 (V_BE = 0,8 V)

Khi I_C = 0 => V_CC = V_CE

Khi VCE = 0  (với nguồn Vcc và điện trở R_C chọn trước)

Đường thẳng đi qua Vcc trên trục hoành và điểm  trên trục tung gọi là đường tải một chiều (DCLL: DC load line). Đường tải này cắt đặc tuyến ngõ ra với một trị số I_B xác định tại điểm Q gọi là tĩnh điểm điều hành. Ở chế độ khuếch đại, điểm q thường được chọn ở giữa đường tải một chiều (xem hình đặc tuyến Transistor). Khi Vcc và R_C không đổi, đưừ«ng tải một chiều cố định. Lúc bấy giờ nếu I_B thay đổi (do V_BB thay đổi) thì điểm Q sẽ thay đổi vị trí trên đường tải này.

5. Phân cực để ổn định nhiệt cho Transistor:
   1. Hồi tiếp điện áp:

Điện trở R_B nối từ cực thu về cực nền thay vì từ nguồn Vcc.

Khi nhiệt độ của Transistor tăng, dòng Ic có khuynh hướng tăng, do đó hiệu điện thế trên R_C tăng, mà V_CC cố định nên điện thế tại cực thu giảm dẫn đến điện thế V_BE giảm làm dòng I_B giảm và I_C giảm dẫn đến I_C và I_B giảm, nên sự phân cực được ổn định.

2. Hồi tiếp dòng điện:

Dãy là cách phân cực thường được dử dụng. Giả sử nhiệt độ tăng, dòng I_C và I_E có khuynh hướng tăng, hiệu điện thế ngang qua R_E tăng, tức V_E tăng, V_E tăng làm điện thế phân cực thuận V_BE giảm, dẫn đến I_B và I_C giảm nên sự phân cực được ổn định.

6. Transistor mắc Darlington:
   1. Transistor cùng loại:

Hai Transistor mắc như hình trên gọi là Transistor mắc darlington.

Dòng điện cực phát cửa Transistor T₁ là I_E1=b₁.I_B1

Dòng điện này chạy vào cực nền của Transistor T₂ nên dòng pháy T₂ là:

I_E2 = b₂ ´ I_B2 = b₂ ´ I_E1 = b₁ ´ b₂ ´ I_B1

Vậy hai Transistor mắc Darlington giống như một Transistor có hệ số khuếch đại dòng bằng tích hệ số khuếch đại dòng của hai Transistor riêng rẽ.

2. Transistor bù: (Transistor khác loại: PNP và NPN)

D. FET (Field Effect Transistor) (Transistor hiệu ứng trường)

 

Ưu điểm của Fet: tổn trổ vào rất lớn

Có hai loại Fet:

_ Transistor thường dùng chuyển tiếp P – N gọi là J Fet (Junction Fet)

_ Transistor trường có cực cách ly gọi là IGFET (isolated Fet) hay MOS Fet (Metal – Oxide Semiconductor)

Fet là transistor đơn cực vì sự dẫn điện dựa vào một loại hạt dẫn điện, đó là hạt dẫn điện đa số.

1. J Fet Kên N:
   1. Cấu tạo và ký hiệu:

	H.2: Ký hiệu

J Fet có hai loại: J Fet kênh N và J Fet kên P. Hình 1 là cấu tạo của J Fet kênh N, đó là thanh bán dẫn loại N có tiếp xúc ở hai đầu nối liền với hai dây ra. Một đầu được gọi là cực Thoát hay Máng (Drain) viết tắt là D và đầu kia được gọi là cực nguồn (Source) viết tắt là S. Hai bên hông thanh bán dẫn loại N là hai vùng bán dẫn loại P, tạo hai nối P – N với chất bán dẫn N. Hai vùng P được nối chung nhau tạo thành cực cửa (Gate) viết tắt là G. J Fet được phân cực bởi nguồn V_DD và V_GG . Các điện tử từ cực âm của V_DD vào cực S qua kên đến ực D rồi về cực dương của V_DD tạo nên dòng  điện thoát I_D. Điện tử  là hạt dẫn điện đa số.

2. Đặc tuyến ngõ ra:

• V_G = 0V (V_G = V_S)

_ Hai nối P – N được phân cực nghịch nên tạo nên vùng hiếm ở hai bên ối P – N

_ Cực D nối với nguồn dương V_DD. Khi V_DS nhỏ, dòng I_D tăng gần như theo tỉ lệ V_DS.

_ Khi tăng V_GS (bằng cách tăng V_DD) thì vùng hiếm  rộng ra, dòng I_D tăng chậm.

_ Tăng V_DS đấn lúc hai vùng hiếm gặp nhau, điện áp V_DS tương ứng lúc bấy giờ được gọi là điện áp nghẽn, Ký hiệu là V_PO (dòng I_D không thay đổi theo V_DS)

_ V_PO : từ vài Volt đến dưới 10V.

_ I_DSS : từ vài mA đến vài chục mA.

• V_GS âm (V_G < V_S)

V_GS càng âm thì hai nối P – N càng bị phân cực nghịch, vùng hiếm càng rộng và dòng I_D càng nhỏ. Ứng với V_GS càng âm đường đặc tuyến càng thấp.

3. Cách mắc và phân cực J Fet:

Có ba cách mắc chủ yếu là:

_ Cực nguồn chung (CS): thường được dùng vì cho hệ số khuếch đại điện áp cao.

_ Cực thoát chung (CD).

_ Cực cửa chung (CG).

1. Mạch cực nguồn chung: cách mắc này giống như Transistor mắc E chung.

Tín hiệu vào được đưa qua C₁. Tín hiệu ra lấy qua C₂. Cực nguồn được dùng cho cả đầu vào và đầu ra. Tính hiệu vào và ra ngược pha nhau.

 

2. Mạch cực thoát chung: còn gọi là bộ lặp nguồn (tương tự như bộ lặp Emitter).

Hệ số khuếch đại điện áp của mạch mắc cực thoát chung xấp xỉ bằng 1, điện áp ra và vào đồng pha.

3. Mạch cực cửa chung:

Tín hiệu Vi đưa vào cực S và lấy ra cực D. Điện áp ra và vào đồng pha.

4. Phân cực J Fet:
   • Tự phân cực:

Trong mạch này một điện trở thích hợp được mắc nối tiếp với cực nguồn để cung cấp điện áp cho cực Nguồn và cực Cửa.

Điện áp sụt trên R_S là V = I_S . R_S nếu I_S = 1 mA, R_S = 1K thì V_S = 1V. như vậy cực G sẽ âm với S là 1 V. Vì cực G nối đất qua R_G có giá trị trên 1 Mega Ohm nên sụt áp qua nó không đáng kể và cửa xem như có điện thế mass nên ó cũng âm so với cực S là 1 V tức V_GS = -1V.

• Tự phân cực với điện áp ngoài: mạch ổn định hơn.

Vì dòng điện vào có thể xem như bằng không nên hai điện trở R₁, R₂ xác định điện thể ở cửa (đối với mass)

2. MosFet:
   1. Cấu tạo và ký hiệu MosFet kênh cảm ứng (kênh N):

H.3: Ký hiệu và phân cực

Trên một nền bằng chất bán dẫn loại P, người ta tạo ra hai vùng bán dẫn loại N⁺. Một lớp Dioxit Silicium (SiO₂) phủ lên mặt. Lỗ được đục qua lớp Oxit để tạo tiếp xúc kim loại với hai vùng N⁺ là nguồn (S) và thoát (D). giữa D và S, phía trên lớp SiO₂ tạo ra một màng kim loại, từ đó nối ra cực G. Như vậy, cực Cửa cách điện khỏi cực Nguồn và thoát  nên dòng điện ngõ vào rất nhỏ, gọi là dòng rỉ, viết tắt là I_DSS.

2. Đặc tuyến:

Mắc mạch như H.3 điện tích dương ở cửa hút nhiều điện tử của nền P (điện tử là hạt dẫn điện thiểu số). Về tập trung sát chất cách điện giữa hai vùng N⁺ khiến một kên N hình thành. Do xuất hiện kênh dẫn, điện trở tương đương giữa S và D giảm xuống, lúc bấy giờ điện tử di chuyển từ cực Nguồn sang N⁺ qua kênh, đến vùng N⁺ kia và ra ở cực thoát tạo nên dòng điện thoát I_D.

Điện thế cửa càng dương, dòng điện I_D  càng tăng (xem đặc tuyến H.5 và H.6) khi giảm điện thế cửa, dòng I_D giảm theo. Đến một điện thế nào đó dòng I_D xem như nằng không, trị số giới hạn này của V_GS là điện thế ngưỡng, viết tắt là V_T (Threstold – Voltage). V_T thường là vài Volt, đây cũng là điện thế cửa mà kênh vừ hình thành. V_T có ý nghĩa tương tự V_T của BJT.

3. Phân cực:

H.7: MostFet kênh N có điện thế Cửa dương đối với Nguồn nên phân cực bởi cầu phân thế R₁,R₂ và điện trở Nguồn là thích hợp.

R₁,R₂ và Nguồn V_DD tạo điện thế cửa (Vd 4V) lớn hơn ở Nguồn (Vd 2V) để có V_GS dương (Vd 4V - 2V = 2V)

H.8 Dùng điện trở R_G1 hồi tiếp từ cực D về cực G cũng thích hợp. Do dòng điện cửa không đáng kể nên V_D = V_G1. Khi muốn V_G < V_D (Vd vì lý do tuyến tính) ta thêm điện trở R_G2 như hình vẽ.

4. Cấu tạo và ký hiệu của MosFet kênh có sẵn (kênh N)MostFet kêng có sẵn kênh N cấu tạo như hình 10. Hai vùng chất bán dẫn N⁺ liên lạc nhau bằng kênh chất bán dẫn N ngay bên dưới lớp Dioxit Silicium. Cách tạo tiếp xúc kim loại và cực ra như ở MosFet kênh cảm ứng.

5. Đặc tuyến:

MosFet kênh có sẵn được phân cực như hình 11. Nguồn V_DD tạo điện thế dương cho cực Thoát, nguồn điện V_GG tạo điện thế âm hay dương cho Cửa (muốn có điện thế dương cho cực G phải đảo cực V_GG ở H.11). Thường nền được nối với nguồn.

• Trước tiên xem trường hợp V_GS = 0 (V_G = V_S). Dòng điện thoát I_D tăng theo qua kênh N (xem hình 5 và hình 6, chú ý có V_GS = 0). Cũng như ở JFet, càng tăng V_DD vùng hiếm càng rộng, đến lúc nào đó vùng hiếm lan qua hết kênh N khiến kênh bị nghẽn. Điện thế V_DS lúc bấy giờ là điện thế nghẽn V_PO. DÒng điện thoár lúc bấy giờ là dòng bão hòa I_DSS.
• Bây giờ áp dụng điện thế âm ở Cửa, một số điện tử ở kênh bị đẩy ra khỏi kênh vào vùng nền khiến kênh dẫn điện yếu hơn nên ở cùng vùng điện thế V_DD, điện thế V_GS càng âm thì dòng I_D cành nhỏ. Khi V_GS âm đến điện thế cắt –V_PO dòng điện Thoát ngưng. Trên là MostFet kênh có sẵn hoạt động theo kiểu hiếm.
• Most Fet kênh có sẵn còn hoạt động theo kiểu tăng như sau: khi áp dụng điện thế cực dương ở cực Cửa, điện tử ở nền P (điện tử là hạt dẫn điện hạt thiểu số ở nền P) bị hút vào kênh khiến điện trở của kênh giảm và dòng điện Thoát tăng trên trị số bão hòa. MostFet kênh có sẵn hoạt động theo kiểu tăng không thích hợp cho việc khuếch đại bởi vì sự hoạt động của I_D dễ vượt khỏi công suất tiêu tán tối đa P_DM của MosFet.
• Công dụng của Jfet vàMosFet: Thường dùng để khuếch đại

E. Giới thiệu Vi Mạch Định thì 556:

Sơ Đồ chân và cấu trúc:

IC 556 là sự kết hợp giữa hai IC 555 lại với nhau do đó ta chỉ giới thiệu một phần của IC 556, phần còn lại sẽ giống như phần đầu:

OP-AMP(1) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ In^- nhận điện áp chuẩn 2/3V_CC, còn ngõ In⁺ thì nối ra ngoài chân 2, tùy thuộc vào điện áp của chân 2 so với điện áp chuẩn 2/3 V_CC mà OPAMP (1) có điện áp mức ra cao hay thấp để làm tín hiệu R(Reset), điều khiển Flip – Flop (F/F).

1. OP-AMP(2) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ In⁺ nhận điện áp chuẩn 1/3V_CC, còn ngõ In^- thì nối ra ngoài chân 6. Tùy thuộc điện áp của chân 6 so với điện áp chuẩn 1/3 V_CC mà OPAMP (2) có điện áp mức ra cao hay thấp để làm tín hiệu S(Set), điều khiển Flip – Flop (F/F).
2. Mạch Flip – Flop (F/F) là loại mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi chân Set(S) có điện áp cao thì điện áp kích đổi trạng thái của F/F làm ngõ Q bù lên mức cao và và ngõ Q làm mức thấp. Khi ngõ Reset đang ở mức cao xuống thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái.
3. Mạch Output là mạch khuếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếch đại dòng cấp cho tải. Đây là mạch khuếch đại đảo, có ngõ vào là chân Q bù của F/F, nên khi Q bù ở mức cao thì ngõ ra chân 5 của IC sẽ có điện áp thấp (»0V), và ngược, khi Q bù ở mức thì ngõ ra chân 5 của IC sẽ có điện áp cao (»V_CC).
4. Transistor T1 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4V là loại Transistor PNP. Khi cực B nối ra ngoài bởi chân 4, có điện áp cao hơn 1,4V, thì T1 ngưng dẫn, nên T1 không ảng hưởng đến hoạt động của mạch. Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass thì T1 dẫn bão hòa, đồng thời làm mạch Output cũng dẫn bão hòa va ngõ ra xuống thấp. Chân 4 được gọi là chân Reset có nghĩa là nó Reset IC 556 bất chấp tình trạng ở các ngõ vào khác. Do đó chân Reset dùng để kết thúc xung ra sớm khi cần. Nếu không dùng chức năng làm Reset thì nối chân 4 lên Vcc để tránh mạch bị reset do nhiễu.

5. Transistor T2 là transistor có cực hở, nối ra chân 1 (Discharge = Xả). Do cực B được phân cực bởi mức điện áp ngõ ra Q bù của F/F nên khi Q bù ở mức cao thì T2 bão hòa và cực C của T2 xem như nối mass. Lúc đó ngõ ra chân 5 cũng ở mức thấp.  Khi Q bù ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn, cực C của T2 bị hở, lúc đó, ngõ ra chân 5 có điện áp cao. Theo nguyên lý trên cực C của T2 chân 1 có thể làm ngõ ra phụ thuộc mức điện áp giống điện áp ngõ ra chân 4.

Chương 2: Nguyên lý hoạt động

Mạch sử dụng hai thiết bị điều khiển, những dao động được kết hợp như một bộ điều chế độ rộng xung. Vi mạch này sử dụng một thiết bị điều chỉnh dao động kép. IC556 là IC được cấu tạo bởi hai IC555 định thì gồm 14 chân. Trong mạch IC556B của NE556, chân ngưỡng (Threshold) số 12 được nối với chân nảy (Trigger) số 8, nên hai chân này có chung điện áp là điện áp tụ C, để so sánh với điện áp chuẩn 2/3 Vcc và 1/3Vcc bởi OP_AMP(1) và (2). Chân 11 có tụ nhỏ để lọc tần số cao có thể làm ảnh hưởng điện áp chuẩn 2/3 V_CC.  Chân 10 và chân 4 nối với nguồn +V_CC nên không dùng chức năng Reset, chân 13 xả điện được nối giữa hai điện trở R3 và R4 tạo đường xả điện cho tụ, ngõ ra chân 9 được nối với chân 6 của IC1A. Tần số ngõ ra của xung vuông được cho bởi công thức:

 f=1.44/((R3+2R4).C2)

Thời gian chu kỳ ở mức cao cho bởi công thức:

T_HIGH = 0.69(R3+R4).C2 giây

Và ở mức thấp là T_LOW = 0.69R4.C2 giây.

IC556A thứ hai trong IC556 được thiết lập cho bộ điều chế độ rộng xung. Nó được thiết lập theo kiểu đơn ổn đồng thời được cung cấp xung liên tục được cấp bởi IC556 đầu (IC1B). Tuy nhiên, việc áp dụng cho điện áp một chiều tới điện áp ghim của chân số 3 để so sánh mức áp sẽ thay đổi bởi điện áp chuẩn 1/3 và 2/3 bởi Op-amp(1) và Op-amp(2) của điện áp cung cấp trong IC. Nó sẽ điều chỉnh được độ rộng xung trong khi điện áp điều khiển thay đổi. Điện áp được cung cấp theo đường của Transistor Q1 và được điều chế giống như cực phát.  Điều này có nghĩa là điện áp ngõ ra từ cực phát được điều khiển bởi điện áp ngõ vào của cực nền ( điện áp rơi giữa hai cực phát và cực nền là 0.6V). Cấu tạo này cho chúng ta có được một nguồn điện áp với trở kháng thấp để thay đổi thời gian điều khiển của ngõ vào. Transistor Q1 được điều khiển bởi biến trở VR1 để điều khiển dòng ra cho Transistor Q1 dồng thời dòng ra này sẽ điều khiển IC556 để dòng ra của chân số 5 vào Chân G của Most Fet

            Biến trở VR1 được sự dụng để điều khiển độ lớn của điện áp khi điện áp được cấp từ biến thế 220V xuống 100V qua cầu diode để cung cấp cho Mostfet.

Sau đây là mạch nguồn 12V:

Điện áp 220V được lấy từ mạng điện gia đình sau đó được đưa qua một biến thế để có được điện áp 12V xoay chiều từ đó điện được qua chỉng lưu cầu của diode để có được điện áp một chiều dùng trong mạch điều khiển cho IC556.

Để có nguồn 100V cho động cơ hoạt động ta dùng mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 220V ( hình bên dưới) lấy từ mạng điện gia đình ta được điện áp khoảng 100 V để cung cấp cho động cơ hoạt động khi được điều khiển bằng mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều,lúc đó động cơ được điều khiển theo vận tốc có thể thay đổi được nhờ mạch điều khiển điện áp.

Chương 3: Phân tích, tính toán

 

Đối với IC556

OP-AMP(1) có Vi⁺ < Vi^- nên ngõ ra có V₀₁ = mức thấp, ngõ R = 0 (mức thấp)

OP-AMP(2) có Vi⁺ > Vi^- nên ngõ ra có V₀₂ = mức cao, ngõ S = 1 (mức cao)

Mạch F/F có ngõ S=1 nên Q=1 và Q bù = 0 lúc đó, ngõ ra chân 3 V₀ » V_CC (do qua mạch đảo. Transistor T2 có V_B2 = 0 do Q bù = 0 nên T2 ngưng dẫn và để tụ C được nạp điện. Khi điện áp trên tụ tăng đến mức 1/3 V_CC thì OP-AMP(2) đổi trạng thái, ngõ ra có V₀₂ = mức thấp, ngõ S = 0. Khi S xuống mức thấp thì F/F không thay đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn ở mức cao. Khi điện áp trên tụ tăng đến mức 2/3 V_CC thì OP-AMP(1) thay đổi trạng thái có V₀₁ = mức cao, ngõ R = 1. Mạch F/F có ngõ R = 1 nên Q bù = 1. Lúc ngõ ra chân 3 có V₀ » 0V làm led tắt. Khi ngõ Q bù = 1 sẽ làm T2 dẫn bão hòa và chân 7 nối mass làm tụ C không nạp tiếp điện áp được mà phải xả điện qua R_B và transistor T2 xuống mass.

Khi điện áp trên tụ tức là điện áp chân 2 và chân 6 giảm xuống dưới 2/3 V_CC thì OP-AMP(1) đổi trở lại trạng thái cũ và V₀₁ = mức thấp, ngõ R = 0. Khi R xuống mức thấp thì F/F không đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn ở mức thấp. Khi điện áp trên tụ giảm đến mức 1/3 V_CC thì OP-AMP(2) lại có Vi⁺ > Vi^- nên ngõ ra có V₀₂ = mức cao, ngõ S = 1. Mạch F/F có ngõ S = 1 nên Q bù = 1 và Q = 0, ngõ ra chân 3 qua mạch đảo có V₀ » V_CC , lúc đó T2 mất phân cực do Q bù = 0 ngưng dẫn đồng thời chấm dứt giai đoạn xả điện của tụ. Như vậy mạch đã trở lại trạng thái ban đầu và tụ lại nạp điện từ mức 1/3 V_CC lên mức 2/3 V_CC, điều này sẽ được tuần hoàn trở lại nên thời gian nạp điện của tục C được tính theo công thức:

t_nạp = 0,69.(VR2+R15).C7 = 0,69.(500K + 1K).2200uF

       = 0,69.(500.1000+1000).2200.10^-6 = 760,158 giây

Khi tụ xả điện thì diode được phân cực ngược nên tụ vẫn xả điện qua VR3. thời gian xả điện được tính theo công thức: t_xả = 0,69.VR3.C2 = 0,69.500K.2200uF = 759 giây

Đối với IC1B

Thời gian tụ C2 nạp điện qua R3 và R4 là:

t_nạp = 0,69.(R3+R4).C2 = 0,69(33K+2,2K).100nF

          = 0,69 (33.1000 + 2,2.1000).100.10^-9 = = 5,0094 s

t_xả = 0,69.R4.C2 = 0,69.2,2.1000.100.10^-9 = = 0.000152 s

Điện áp ngõ ra chân 3 có dạng hình vuông với chu kỳ là:

T = t_nạp + t_xả = 0,69(R3+2R4).C2 = 5,0094 s  + = 0.000152 s  = 5.009552 s

f=1/T = 0.199619 Hz

 Đối với IC1A

Thời gian tụ C6 nạp điện qua R5 là:

t_nạp = 0,69.R5.C6 = 0,69.10K.100nF = 0,69.10.1000.100.10^-9 = = 0,00069 s

Kết Quả

Do mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều sử dụng Mosfet công suất nên nó đạt được hiệu quả hơn là sử dụng một Transistor công suất lưỡng cực vì các Transistor lưỡng cực khó kích thích, điện trở kháng của Mostfet công suất ở chế độ một chiều là vô hạn, Mosfet có thể giới hạn được tổn sự hao công suất quá mức và có khả năng hoạt động với các động cơ có kích thước khác nhau( dễ dàng điều khiển một Mosfet công suất lớn cũng như nhỏ). Các Mosfet công suất được mắc song song không cần các điện trở như trong các Transistor lưỡng cực. Mosfet công suất chỉ hoạt động ở một trong hai trang thái dẫn hay ngưng dẫn, có một tổn hao công suất tương đối nhỏ và hiệu suất hoàn toàn cao ngay cả ở tốc độ thấp.

Thuận lợi: Mạch dễ thi công các linh kiện dễ tìm được trên thị trường

Khó khăn: Tài liệu tìm hiểu về điều kiển tốc độ động cơ DC nên không tránh khỏi có những sai xót trong khi làm đề tài,một số linh kiện có giá thành cao. Mạch hoạt động được nhưng Công suất hoạt động chưa cao ớ mức hạn chế.

 

TÀI LIỆU  THAM KHẢO

1.   TRUYỀN DỮ LIỆU

Tống Văn On _ ĐH _ KỸ THẬT  TPHCM_ 1997

2.   Giáo trình Vi Xử Lý – Vi điều khiển

Người soạn: Nguyễn Đình Phú

3.   LẬP TRÌNH CHO CÁC  HỆ VI XỬ LÝ Biên sọan: Hùynh Thúc Cước

Đặng Văn Đức Nghiêm  Mỹ Nguyễn  Văn Tam Trần Bá Thái Nguyễn Chí Thức

Nhà xuất bản Thống  Kê

4.   VI XỬ LÝ TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU  KHIỂN Ngô Diệp Tân _ NXB KHKT Hà Nội _1996

5.   KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

Tác giả : Văn Thế Minh_NXB GD_1997

6.   THE 8051 MICROCONTROLLER Tác Giả: Scott MacKenzie

7.   TRÌNH BIÊN DỊCH ASM51.

8.    SƠ ĐỒ CHÂN  LINH KIỆN BÁN DẪN

Dương Minh Trí _ Sở GD – ĐT TPHCM- 1992

9.    HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

Tống Văn On – NXB LĐ - XH Hà Nội - 2001