Malvino EP 04 Cac Mach Diode 2 Slides

9/16/2010

1

Chương 4Các mạch diode

Từ Vựng (1)• Bias = phân cực• Capacitor-input filter = Mạch lọc ngõ vào

(dùng) tụ• Choke-input filter = Mạch lọc ngõ vào

(dùng) cuộn dây• Clamper = mạch kẹp• Clipper = mạch xén• dc value of signal = giá trị DC của tín hiệu• Filter = mạch lọc, bộ lọc• Half-wave signal = tín hiệu bán kỳ

9/16/2010

2

Từ Vựng (2)• IC voltage regulator = Mạch ổn áp IC• Integrated circuit = IC = vi mạch = mạch

tích hợp• Passive filter = mạch lọc thụ động• Peak detector = mạch tách sóng đỉnh• Peak inverse voltage = điện áp ngược

đỉnh • Polarized capacitor = tụ (điện) hóa (học) =

tụ có phân cực• Power supply = nguồn cấp điện

Từ Vựng (3)

• Rectifier = mạch/bộ chỉnh lưu• Ripple = gợn• Surge current = dòng điện quá độ• Surge resistor = điện trở bảo vệ quá độ• Unidirectional local current = dòng điện

cục bộ đơn hướng• Volatge multiplier = mạch nhân điện áp• Waveform = dạng sóng

9/16/2010

3

Nội dung chương 44-1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ4-2 Máy biến thế4-3 Mạch chỉnh lưu toàn sóng4-4 Mạch chỉnh lưu cầu4-5 Mạch lọc ngõ vào (dùng) cuộn dây 4-6 Mạch lọc ngõ vào (dùng) tụ4-7 Điện áp ngược đỉnh và dòng quá độ4-8 Một số vấn đề khác về nguồn cấp điện4-9 Troubleshooting4-10 Mạch xén và mạch hạn biên (limiter)4-11 Mạch kẹp 4-12 Mạch nhân điện áp

4-1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ

H. 4-1 (a) Mạch chỉnh lưu bán kỳ lý tưởng;

(b) bán kỳ dương (diode ON); (c) bán kỳ âm (diode OFF)

9/16/2010

4

4-1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ (tt)Các dạng sóng lý tưởng

Hình 4-2

4-1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ (tt)

• Điện áp ra đỉnh bằng điện áp vào đỉnh:

• Giá trị DC của tín hiệu bán kỳ Vdc:

• Tần số ra:fout = fin

• Xấp xỉ bậc 2:Vp(out) = Vp(in) – 0.7V (diode Si)

9/16/2010

5

A simple Battery charger-Example of a Rectifier• Can be used to charge a car battery from the alternator

4-2 Máy biến thế (Transformer)

• Máy biến thế là 1 cặp cuộn dây có ghép hỗ cảm với nhau (để truyền năng lượng từ cuộn này sang cuộn kia bằng từ trường biến thiên).

• Với số vòng dây khác nhau ta có máy biến thế tăng áp (step up) hay giảm áp (step down).

9/16/2010

6

4-2 Máy biến thế (tt)

4-2 Máy biến thế (tt) Ký hiệu máy biến thế

• The symbol for a transformer is a pair of the same loopy lines used for inductors, but close together. If the inductor has a core of a magnetic material, it is shown as a couple of lines between the coils.

The number of turns in the coils willBe written nearby.

9/16/2010

7

4-2 Máy biến thế (tt) Máy biến thế lý tưởng

• Điện áp ở thứ cấp (secondary) V2:

• Với:– N1: số vòng dây ở sơ cấp (primary)– N2: số vòng dây ở thứ cấp (primary)– V1: điện áp ở sơ cấp

• Chú ý ta đang nói đến điện áp AC

11

22 V

NNV

4-2 Máy biến thế (tt) Mạch chỉnh lưu bán kỳ với máy biến thế

9/16/2010

8

4-3 Mạch chỉnh lưu toàn sóng

4-3 Mạch chỉnh lưu toàn sóng (tt)

9/16/2010

9

4-3 Mạch chỉnh lưu toàn sóng (tt)Các công thức

• Giá trị DC hay trung bình Vdc:Vdc = 2Vp/ 0.636 Vp

• Tần số ra:fout = 2fin


Chú ý: Vp(in) = 0.5 V2 (V2 là điện áp ở thứ cấp vì ngõ ra có chấu giữa (center tap))

4-4 Mạch chỉnh lưu cầu

9/16/2010

10

4-4 Mạch chỉnh lưu cầu (tt)

4-4 Mạch chỉnh lưu cầu (tt)Các công thức

• Giá trị DC hay trung bình Vdc:Vdc = 2Vp/ 0.636 Vp

• Tần số ra:fout = 2fin


Chú ý: Chỉnh lưu cầu có ưu điểm hơn loại bán kỳ là ta có thể sử dụng toàn bộ điện áp ỡ thứ cấp

9/16/2010

11

4-5 Mạch lọc ngõ vào (dùng) cuộn dây

Hình 4-10 (a) Mạch lọc ngõ vào (dùng) cuộn dây; (b) mạch tương đương AC

• Ý tưởng cơ bản: Nếu XL >> XC thì Vout XCVin/XL

Lọc ngõ ra của mạch chỉnh lưu

9/16/2010

12

Lọc ngõ ra của mạch chỉnh lưu (tt)

4-6 Mạch lọc ngõ vào (dùng) tụÝ tưởng cơ bản (H.4-12, pp.108)

9/16/2010

13

4-6 Mạch lọc ngõ vào (dùng) tụ (tt)Hiệu ứng của điện trở tải (H.4-13)

4-6 Mạch lọc ngõ vào (dùng) tụ (tt)Các công thức

• Điện áp gợn đỉnh-đỉnh ở ngõ ra VR:

Với:– VR = Điện áp gợn đỉnh-đỉnh – f = tần số gợn ( = fin với bán kỳ; = 2fin với toàn sóng)– C = điện dung

fCIV R

9/16/2010

14

4-7 Điện áp ngược đỉnh PIV và dòng quá độ (xét lọc ngõ vào tụ)

H.4-18

(a) PIV = 2VP (b) PIV = VP (c) PIV = VP

Surge resistor

Hình 4-19 Điện trở bảo vệ giới hạn dòng quá độ

9/16/2010

15

Half-wave Full-wave Full-wave Bridge

# of diodes 1 2 4

DC output voltage(**)

Vin (peak) Vin (peak) (*) Vin (peak)

DC diode current

IL 0.5IL 0.5IL

PIV (***) 2Vin (peak) 2Vin (peak) Vin (peak)

Ripple Frequency

f 2f 2f

Comparison of Rectifier Circuits

* With 1:2 transformer turns ratio; ** With Large C *** Peak Inverse Voltage (also with Large C)

4-10 Mạch xén và mạch hạn biên

• Có 3 loại mạch xén:– Mạch xén trên (mạch xén dương)– Mạch xén dưới (mạch xén âm)– Mạch xén 2 mức độc lập (mạch xén kết hợp)

• Mạch hạn biên hay kẹp diode• Chú ý: Tổng quát các mạch xén có phân

cực

9/16/2010

16

Các Mạch xén và hạn biên (Clippers and Limiters)

- Small Signal Diode① The positive clipper

or

* 1N914 : IF = 10mA for 1V

∴ RB =mA

V10

7.01 = 30 Ohm Ω

* Stiff Clipper : 100 RB < RS < 0.01 RL

Đặc tuyến truyền đạt

② The Negative clipper

or

③ The Limiter or Diode clamp

protect sensitive circuits



9/16/2010

17

④Biased Clippers

⑤ Combination Clipper (slicer)

9/16/2010

18

Clipper Circuits using Zener DiodesZener diode provides a reference voltage of VZ

Clipper applications (1)

Transient-protection circuits

9/16/2010

19

Clipper applications (2)

AM detector

4-11 Mạch kẹp

• Có 2 loại mạch kẹp:– Mạch kẹp dương– Mạch kẹp âm

• Mạch tách sóng đỉnh-đỉnh: thường dùng cho diode tín hiệu nhỏ ở tần số cao

9/16/2010

20

Clampers

① Positive clamper

①

② -

+ -

+ off

∴ Vout = VP + VP

② Negative clamper

Biased clampers

Biased clampers.

9/16/2010

21

4-12 Mạch nhân điện áp

• Thí dụ một số mạch nhân áp:– Nhân đôi điện áp (voltage doubler)– Nhân 3 điện áp (voltage tripler)– Nhân 4 điện áp (voltage quadrupler)– Nhân đôi điện áp toàn sóng (full-wave voltage

doubler)

Voltage multipliers (1)

Half-wave voltage doublers.

9/16/2010

22

Voltage multipliers (2)

Operation of half-wave voltage doublers.

VS(pk)

C1 D1

D2

C2 RLOn

Off

IS IL

VS(pk)

VC2

VS(pk)

C1 D1

D2

C2 RL

ISOff

OnVS(pk)

VC2

VC2=2VS(pk)

Full-wave voltage doubler

9/16/2010

23

Cockcroft-Walton Circuit

Sơ đồ khối của một nguồn DC

9/16/2010

24

DC Power Supply Requirement

Since this circuit has a significant dc component, with no dc component at the input, it can be used to produce a dc power supply. A dc power supply must be a nonlinear circuit.

DC Power Supplies, Peak Detector

Power Supplies use a rectifier with a capacitor at the output. We start with a half-wave rectifier, since it is simpler. Show Fig. 3.32 from Sedra and Smith. This is a half-wave rectifier with a capacitor, which holds the peak value of the input source, vI(t).

9/16/2010

25

DC Power Supplies, Peak Detector

This circuit will hold the peak value only because there is nothing connected at the output. When we connect a load, something different happens.

DC Power Supplies

Here we have connected a load, R, at the output. Look carefully at the diagram for the output voltage, vO(t). Note that it no longer holds the peak value, but decreases exponentially.

9/16/2010

26

DC Power Supplies

There is a short time period, which is referred to here as the Conduction interval Dt, where the diode is on, and conducts. During this time, vO(t) = vI(t).

DC Power Supplies

There is a longer time period, which is about as long as the period of the input wave, where the diode is off. During this time, the resistor and capacitor make a natural response circuit, and

2

.t t

RCO pv t V e

9/16/2010

27

DC Power Supplies

The total waveform, vO(t), is a complicated combination of a sinusoid, and a decaying exponential, even for a simple diode model. A more accurate diode model makes for a very complicated solution.

DC Power Supplies, Approximations

The waveform, vO(t), is often approximated as a simpler case, that is a dc component equal to Vp, and an ac component whose peak-to-peak value is called Vr, the ripple voltage.

9/16/2010

28


The dc component of vO(t) is often approximated by the zero-to-peak input sinusoid, perhaps decreased by the threshold voltage of the diode, and/or by half the ripple voltage.


The ac component of vO(t) which we called the ripple voltage, or Vr, can also be approximated. The following is a derivation of a simple estimate of the ripple voltage, Vr, which is defined as the peak to peak voltage on the output of the power supply.

9/16/2010

29

Ripple Voltage Approximation

The ac component of vO(t) which we called the ripple voltage, or Vr, can also be approximated.

1. Assume an ideal diode. (If the input amplitude is much larger than Vf, we make little error in ignoring Vf. If the input amplitude is not much larger than Vf, we can make a more accurate estimate by using a better diode model.)

2. Assume that RC >> T, which we make possible by picking C large.

3. Since RC >> T, we can treat the exponential decay as a straight line.


The ripple voltage, or Vr, can be approximated. 4. The charge gained by capacitor during charging,

Qacq, isQacq = C Vr .

5. The charge lost during discharge, Qlost, isQlost = iL (T-Dt) iL T .

6. Here, we have assumed that (T-Dt) T,

since it discharges for almost the entire period.

9/16/2010

30


The ripple voltage, or Vr, can be approximated. 7. The voltage is a straight line, with a slope we will

call m, and a peak equal to Vp. So, the current is just that voltage divided by R,

.pL

V mti

R


The ripple voltage, or Vr, can be approximated. 8. Now, since RC >> T, we assume that m = 0. Then, with

Qacq = Qlost, and plugging in we get

where IL is the load current, which is almost constant with time, and so is expressed as a dc quantity.

.

Solving, we get

,

pr L

p p Lr

VCV i T T

R

V T V IVRC fRC fC

9/16/2010

31


The ripple voltage, or Vr, can be approximated. 9. With a full wave rectifier, the frequency is

effectively doubled, so

which is a very handy little equation. It is surprisingly accurate, considering the number of approximations used to get it.

,2 2 2

p p Lr

V T V IVRC fRC fC

Các ứng dụng cơ bản của diode

9/16/2010

32

9/16/2010

33

9/16/2010

34

9/16/2010

35

Documents

Malvino EP 04 Cac Mach Diode 2 Slides