Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan ... filePhương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân Trang 1 1. Thiết

Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân

Trang 1

1. Thiết kế mạch chỉnh lưu ½ chu kỳ Mạch chỉnh lưu ½ chu kỳ

Vo1N4007S1 1A

+

-220VAC/50hz 220VAC/12VAC/1A

R

Thông số của Diode

Vngược Vthuận Ithuận f 1N4001 30V 1.1V 1A 60hz – 1Mhz 1N4007 1000V 60V 5V 60hz – 1Mhz

VUUU DR 161212maxmax Chọn PRmax=1/8W

mAUPI

R

RR 8.7

max

maxmax

kI

URR

R 05.2max

maxmin , chọn R=2.2k

2. Thiết kế mạch chỉnh lưu ½ chu kỳ có tụ lọc:

+

C R220VAC/12VAC/1A

+

-220VAC/50hz

1AS2 1N4007Vo

Tương tự bài trên:


mAUPI

R

RR 8.7

max

maxmax

kI

URR

R 05.2max


Chọn

110

201

201

101 RRZC

uFhzfZ

CC

94.281105014.32

12

1

Chọn tụ 47uF/16V. Khi thực hành lắp mạch, sinh viên cần quan tâm đến dạng sóng ngõ ra của mạch lọc phẳng hay nhấp nhô, có thể tính chọn tụ C lại sao cho dạng sóng phẳng hơn. Bằng cách lắp ghép thêm tụ điện (lưu ý: 2 tụ C1,C2 ghép song song thì C=C1+C2,


Trang 2

2 tụ C1, C2 ghép nối tiếp thì C=(C1C2)/(C1+C2)). Có thể gỡ bỏ tụ ra khỏi mạch để kiểm chứng. 3. Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu và mạch lọc Mạch chỉnh lưu cầu.

Vo

S1 1A

+

-220VAC/50hz

220VAC/12VAC/1A

R

VUUU DR 1522122maxmax

Chọn PRmax=1/8W

mAUPI

R

RR 3.7

max

maxmax

kI

URR

R 8.1max


4. Thiết kế mạch chỉnh cầu có tụ lọc:

+

C

220VAC/12VAC/1A

+

-220VAC/50hz

1AS2

Vo

R

Tương tự bài trên:


mAUPI

R

RR 3.7

max

maxmax

kI

URR

R 8.1max


Chọn

90

201

201

101 RRZC , lưu ý tần số ngõ ra là 100hz

uFhzfZ

CC

68.179010014.32

12

1

Chọn tụ 22uF/16V. Khi thực hành lắp mạch, sinh viên cần quan tâm đến dạng sóng ngõ ra của mạch lọc phẳng hay nhấp nhô, có thể tính chọn tụ C lại sao cho dạng sóng phẳng


Trang 3

hơn. Bằng cách lắp ghép thêm tụ điện (ghi nhớ: 2 tụ C1,C2 ghép song song thì C=C1+C2, 2 tụ C1, C2 ghép nối tiếp thì C=(C1C2)/(C1+C2)). Có thể gỡ bỏ tụ ra khỏi mạch để kiểm chứng. Lưu ý:

Mỗi sinh viên có cách chọn lựa thông số khác nhau khi thiết kế mạch, nên sẽ có nhiều kết quả khi thiết kế, Sinh viên có thể tính chọn lại đến khi nào đạt kết quả tối ưu thì dừng.

Tất cả các phương pháp thiết kế mạch trên đây rất an toàn cho linh kiện khi lắp mạch, linh kiện không bị phá hỏng bởi quá dòng hay quá áp, nhưng chưa đạt đến mức tối ưu. Sinh viên cần lưu ý điều này. 5. Thiết kế mạch ổn áp song song dùng zener

VR

0-12VDC

6.2V

R

Thông số của zener 6.2V/500mW VZ (V) IZ (mA) RZmax() IZmax 1N753 6.2 20 7 60 Cách thiết kế: (trong kỹ thuật điện tử, giá trị A nhỏ hơn giá trị B rất nhiều, nghĩa là

A = (10÷20)B, hoặc AB

201

101 )

LZ

Z

IIUUR

suy ra

126060

201

2.67

maxmin

minmin

mAmA

VVIIUUR

LZ

Z

9260

20160

2.612

minmax

maxmax

mAmA

VVIIUUR

LZ

Z

Chọn R=47

L

Z

IUVR suy ra k

mAV

IUVRL

Z 1.060

2.6

maxmin

kmA

VIUVRL

Z 1.260

201

2.6

minmax

Chọn VR=2.2k Khi thực hành ráp mạch, và đo đạt, sinh viên cần quan tâm đến giá trị điện áp nguồn U, và giá trị điện áp trên VR (hay trên Zener). Nếu áp vào U nhỏ hơn áp ngưỡng 6.2V của zener, khi đó zener chưa bị đáng thủng (chưa hoạt động ổn áp) khi đó sinh viên hoàn toàn rút zener ra khỏi mạch mà áp ngõ ra không thay đổi gì. Khi áp vào lớn hơn áp ngưỡng của zener (sinh viên cần chú ý giá trị áp này) thì


Trang 4

zener bị đánh thủng, hoạt động ổn áp diễn ra, khi đó áp hai đầu VR vẫn không đổi ở mức 6.2V cho dù thay đổi áp ngõ vào cho đến max (12V) 6. Thiết kế mạch ổn áp song song dùng zener với tải là LED đơn.

LED6.2V

0-12VDCR2

R1

Thông số của zener 6.2V/500mW VZ (V) IZ (mA) RZmax() IZmax 1N753 6.2 20 7 60 Cách thiết kế: (trong kỹ thuật điện tử, giá trị A nhỏ hơn giá trị B rất nhiều, nghĩa là

A = (10÷20)B, hoặc AB

201

101

LEDZ

Z

IIUUR

1 suy ra

243060

201

2.67

maxmin

minmin1

mAmA

VVII

UURLEDZ

Z

821060

2.612

minmax

maxmax1 mAmA

VVII

UURLEDZ

Z

Chọn R=47

LED

LEDZ

IUUR

2 suy ra

kI

UURLED

LEDZ 1.030

32.6

max

maxmin2

kI

UURLED

LEDZ 42.010

22.6

min

minmax2

Chọn R2=270 Khi thực hành ráp mạch, và đo đạt, sinh viên cần quan tâm đến giá trị điện áp nguồn U, giá trị điện áp trên R2 và LED (hay trên Zener), và đặc biệt là độ sáng tối của LED. Nếu áp vào U nhỏ hơn áp ngưỡng 6.2V của zener, khi đó zener chưa bị đáng thủng (chưa hoạt động ổn áp) khi đó sinh viên hoàn toàn rút zener ra khỏi mạch mà áp ngõ ra không thay đổi gì, độ sáng của LED khi đó phụ thuộc nguồn U lớn hay nhỏ. Khi áp vào lớn hơn áp ngưỡng của zener (sinh viên cần chú ý giá trị áp này) thì zener bị đánh thủng, hoạt động ổn áp diễn ra, khi đó độ sáng của LED không đổi cho dù thay đổi áp ngõ vào cho đến max (12V) Lưu ý: zener hoạt động với dòng 20mA là tối ưu nhất.


Trang 5

7. Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điều chỉnh

VUUU D 3222242max2max3 Dạng sóng điện áp u3(t)

n

nt

nC eUtu 1)( max21 , trong đó n=2rDC1

Thời gian tụ nạp đầy U2max-2UD:

nnnnD

tt

D tU

UeeUUU n

n

n

n

377.216ln1612

12max2

max2max2

Khi thiết kế chọn tn=5n tụ mới đầy, sẽ kéo dãn độ nhấp nhô. Ở nhiệt độ phòng 270C, cho diode hoạt động với dòng định mức 0.1A, điện trở động của diode là:

26.01.0

26261A

mVImV

qIkT

IIqkT

dIdUr

sth

thd

Tại 0.005s tụ phải nạp đầy: 0.005=5(20.26)C suy ra C=1923uF Chọn tụ C1: 2200uF/50V Điện áp 2 đầu R1 là: U3max-ULED=32-2=30V, chọn dòng qua led là 20mA, R1=30V/20mA=1.5k, chọn R1=1.5k Chọn VR và R2 theo công thức:

VRIRVRV adj

24 125.1 , mà V4=(1.2÷37VDC), Iadj=(46÷100A):

Do đó ta có:

u3(t)

t(s) 0

32V

0.01s 0.005s

U2 U3 U4 U1

LED2

R3

Vo

+

C2

S1 1A

+

-220VAC/50hz

LED1

VR

1N4001

IN

COM

OUT

LM317

+

C1

220VAC/24VAC/1A

R1 R2


Trang 6

VRRVRV 6

2

1046125.12.1 (1)

VRRVRV 6

2

10100125.137 (2)

Từ (1), chọn VR=5k=5000, suy ra R2 rất lớn Từ (2), chọn VR=5k=5000, suy ra R2=178 Vậy chọn R2=220, VR=5k Áp 2 đầu R3: UR3max=37V-2V=35V, chọn dòng qua LED là 20mA, R3=35/20=1.75k, chọn R3=1.8k Tụ C2 dùng lọc nhiễu nguồn ngõ ra Chọn tụ C2 như sau: Nhiễu có tần số khác không, fnoise≠0, Chọn fnoise-min=10hz, chọn trở kháng của tụ rất nhỏ khoảng 10

uFhzfZ

CC

1592101014.32

12

1

22

Chọn fnoise-max=100khz, chọn trở kháng của tụ rất nhỏ khoảng 10

uFhzfZ

CC

159.01010000014.32

12

1

22

Vậy chọn tụ C2: 1F/50V Diode dùng bảo vệ sự cố khi tải là cuộn cảm, sẽ trả năng lượng về nguồn, diode sẽ phân cực thuận và dẫn dòng ngược về xuống mass, chọn diode chịu được dòng 1A, chọn loại 1N4001. Lưu ý: Biến áp phải được chọn với dòng biến áp lớn hơn 1A 8. Bài toán thiết kế mạch đóng mở relay bằng tay 8.1. Trường hợp nguồn 12VDC Dùng công tắc S đóng mở relay

f=0

0 t(s)

Vout(t)

Vout

fnoise ≠ 0


Trang 7

S

LED

12V

D

Relay 12V

C1815

R1

R3

Khi thiết kế, sinh viên cần biết các thông số của linh kiện mà nhà chế tạo đã cung cấp, các thông số được cho như sau: Thông số của C1815 VCEO VCBO VBEO VCE VCesat VBE VBesat IC C1815 50V 60V 5V 6V 0.25V 0.6V 1V 2÷150mA 25÷700 Relay 12VDC: Urelay=12V Thông số của LED ILED=10÷30mA

ULED=2÷3V Cách thiết kế: Transistor phải hoạt động chế độ on/off (bão hòa / ngắt) dứt khoát để relay không chập chờn. Do đó: VCEsat=0.25V VBEsat=1V Vrelay=12-0.25=11.75V (lưu ý: điện áp đặt vào relay 9÷12V, relay on/off được) VE=0V VB=VBEsat+VE=1V Chọn VLED=2V, ILED=20mA, VR3=12V-2V=10V, R3=10V/20mA=0.5k, chọn R2=470 Chọn IC=50mA, =25, IB=IC/=2mA VR1=VCC-VB=12-1=11V R1=VR1/IB=11V/2mA=5.5k, chọn R1=5.6k Nguyên lý hoạt động: S chưa đóng, IB=0, IC=0, Transistor ngắt, relay không hoạt động, LED tắt. Đóng S, có IB, có IC, transistor dẫn bão hòa, relay đóng, LED sáng. Lưu ý: Khi Transistor không hoạt động, SV hoàn toàn rút nó ra khỏi mạch để kiểm chứng.


Trang 8

8.2. Trường hợp nguồn 24V Dùng công tắc S đóng mở relay

S

LED

24V

D

Relay 12V

C1815

R1

R2

R3

Cách thiết kế: Transistor phải hoạt động chế độ on/off (bão hòa / ngắt) dứt khoát để relay không chập chờn. Do đó: VCEsat=0.25V VBEsat=1V Vrelay=12V VE=24-0.25-12=11.75V VB=VBEsat+VE=12.75V Chọn VLED=2V, ILED=20mA, VR3=24-2=22V, R3=22V/20mA=1.1k, chọn R2=1k Chọn IC=50mA, =25, IB=IC/=2mA R2=VE/IC=11.75V/50mA=0.235k, chọn R2=220 VR1=VCC-VB=24-12.75=11.25V R1=VR1/IB=11.25V/2mA=5.625k, chọn R1=5.6k Nguyên lý hoạt động: S chưa đóng, IB=0, IC=0, Transistor ngắt, relay không hoạt động, LED tắt. Đóng S, có IB, có IC, transistor dẫn bão hòa, relay đóng, LED sáng.


Trang 9

9. Bài toán thiết kế mạch đóng mở relay bằng quang trở 9.1. Trường hợp nguồn 12VDC

R1

LDR

VR

LED

12V

D

Relay 12V

C1815

R2

C1815 VCEO VCBO VBEO VCE VCesat VBE VBesat IC C1815 50V 60V 5V 6V 0.25V 0.6V 1V 2÷150mA 25÷700 Quang trở LDR: Ánh sáng chiếu vào: RLDR=2k

Che tối: RLDR = 30÷40 k Relay 12VDC: Urelay=12V Thông số của LED ILED=10÷30mA

ULED=2÷3V Cách thiết kế: Transistor phải hoạt động chế độ on/off (bão hòa / ngắt) dứt khoát để relay không chập chờn. Do đó: VCEsat=0.25V VBEsat=1V Vrelay=12-0.25=11.75V (lưu ý: điện áp đặt vào relay 9÷12V, relay on/off được) Chọn VLED=2V, ILED=20mA, VR2=10V, R2=10V/20mA=0.5k, chọn R2=470 Chọn IC=50mA, =25, IB=IC/=2mA Khi ánh sáng chiếu vào RLDR=2k VB=1V, VLDR=11V, ILDR=11V/2k=5.5mA IVR+R1=ILDR-IB=3.5mA VR+R1=VB/IVR+R1=1V/3.5mA=0.28k, chọn VR+R1=270, chọn R1=100, chọn biến trở VR=1k. Nguyên lý hoạt động: Bình thường as chiếu vào, RLDR =2k (nhỏ), VLDR=11V, VB=1V, transistor dẫn bão hòa, relay đóng, LED sáng. Che tối, RLDR=30÷40k (lớn), VLDR lớn, VB nhỏ, transistor ngắt, relay không hoạt động, LED tắt.


Trang 10

9.2. Trường hợp nguồn 24VDC

R3

R1

LDR

VR

LED

24V

D

Relay 12V

C1815

R2

Cách thiết kế: (phải gắm thêm R3, R3 chịu điện áp 11.75V) Transistor phải hoạt động chế độ on/off (bão hòa / ngắt) dứt khoát để relay không chập chờn. Do đó: VCEsat=0.25V VBEsat=1V Vrelay=12V VE=24-0.25-12=11.75V Chọn VLED=2V, ILED=20mA, VR2=24-2=22V, R2=22V/20mA=1.1k, chọn R2=1k Chọn IC=50mA, =25, IB=IC/=2mA R3=VE/IC=11.75V/50mA=0.235k, chọn R3=220 Khi ánh sáng chiếu vào RLDR=2k VB=VBE+VE= 1+11.75=12.75V, VLDR=11.25V, ILDR=11.25V/2k=5.625mA IVR+R1=ILDR-IB=3.625mA VR+R1=VB/IVR+R1=12.75V/3.625mA=3.52k, chọn R1=1k, chọn biến trở VR=5k. Nguyên lý hoạt động: Bình thường as chiếu vào, RLDR =2k (nhỏ), VLDR=11.25V, VB=12.75V, transistor dẫn bão hòa, relay đóng, LED sáng. Che tối, RLDR=30÷40k (lớn), VLDR lớn, VB nhỏ, transistor ngắt, relay không hoạt động, LED tắt.


Trang 11

12v

C1815

R2

R1

R3

R4 +

VBB

12v

C1815

RBB

R3

R4

10. Bài toán thiết kế mạch khuếch đại tín hiệu DC

Chuyển sang mạch thevenil Thông số của C1815 VCEO VCBO VBEO VCE VCesat VBE VBesat IC C1815 50V 60V 5V 6V 0.25V 0.6V 1V 2÷150mA 25÷700 Cách thiết kế: Transistor phải hoạt động chế độ khuếch đại Do đó: VCEQ=VCC/2 = 6V VBEQ=0.6V

Chọn CCE VV

201

51 chọn VVV CCE 1

121

Chọn IC=2mA, =100, 99.01

, mAII C

E 02.2

kIVR

E

E 495.04 , chọn R4=470

kI

VVVR

C

ECEQCC 5.23 , chọn R3=2.7k

Chọn kRRBB 99.41101

4

VVVRI

V EBEBBC

BB 7.1

kVVRR

BB

CCBB 29.352 , (chọn 3 điện trở 12k ghéo nối tiếp) hoặc chọn 39k

k

VV

RR

CC

BBBB 8.5

1

11 , chọn R1=5.6k

Khi ráp mạch, cấp nguồn và đo, nếu VCE=6V, VBE=0.6V, thì transistor khuếch đại

tốt (phạm vi cho phép VVV CCCE )93(43

41

transistor còn khuếch đại)


Trang 12

Lưu ý trong thiết kế với mỗi chọn lựa sẽ có kết quả khác nhau, chẳn hạn như: VCEQ=VCC/2 = 6V VBEQ=0.6V

Chọn CCE VV

201

51 chọn VVV CCE 1

121

Chọn IC=10mA, =50, 98.01

, mAII C

E 2.10

kIVR

E

E 098.04 , chọn R4=100

kI

VVVR

C

ECEQCC 5.03 , chọn R3=470


4

VVVRI

V EBEBBC

BB 7.1

kVVRR

BB

CCBB 53.32 , (chọn 3 điện trở 1.2k ghéo nối tiếp) hoặc chọn 3.9k

k

VV

RR

CC

BBBB 58.0

1

11 , chọn điện trở 390 nối tiếp với 2 điện trở 100 (hoặc

chọn R1=560) Khi ráp mạch, cấp nguồn và đo, nếu VCE=6V, VBE=0.6V, thì transistor khuếch đại

tốt (phạm vi cho phép VVV CCCE )93(43

41

transistor còn khuếch đại). Sinh

viên cần đo lại tất cả các giá trị VB, VC, VE, VBE, VCE, IC, IB, để kiểm chứng lại.


Trang 13

11. Bài toán thiết kế mạch khuếch đại tín hiệu AC

1kHz

V2-50m/50mV

1uF

R51k

1uF

1uF

12v

C1815

R2

R1

R3

R4

Thông số của C1815 VCEO VCBO VBEO VCE VCesat VBE VBesat IC C1815 50V 60V 5V 6V 0.25V 0.6V 1V 2÷150mA 25÷700 Cách thiết kế: Đầu tiên phải thiết kế transistor hoạt động chế độ khuếch đại tín hiệu DC, (như bài trước), sau đó mới lắp tụ vào và cấp nguồn tín hiệu xoay chiều (ac) vào để transistor khuếch đại tín hiệu ac đó lên với một hệ số khuếch đại áp nhất định. Thiết kế cho Transistor hoạt động chế độ khuếch đại tín hiệu DC: VCEQ=VCC/2 = 6V VBEQ=0.6V

Chọn CCE VV

201

51 chọn VVV CCE 1

121

Chọn IC=2mA, =100, 99.01

, mAII C

E 02.2

kIVR

E

E 495.04 , chọn R4=470

kI

VVVR

C

ECEQCC 5.23 , chọn R3=2.7k


4

VVVRI

V EBEBBC

BB 7.1

kVVRR

BB

CCBB 29.352 , (chọn 3 điện trở 12k ghéo nối tiếp) hoặc chọn 39k

k

VV

RR

CC

BBBB 8.5

1

11 , chọn R1=5.6k


Trang 14

Đo kiểm tra VCE=6V, VBE=0.6V, thì transistor khuếch đại tốt (phạm vi cho phép

VVV CCCE )93(43

41

transistor còn khuếch đại)

Sau đó lắp các tụ 1uF/16V vào, đưa nguồn tín hiệu ac (f=1khz, Vpp=100mV) Dùng dao động ký đo tín hiệu vào (đo tại máy phát sóng, hoặc tại cực B) và tín hiệu ra (đo tại R5, hoặc cực C). Tín hiệu ra bị đão pha và lớn hơn nhiều lần so với tín hiệu và là mạch đã hoàn chỉnh. Nếu chưa được, phải thiết kế lại. Trường hợp đặc biệt Nếu chúng ta không có máy phát sóng, chúng ta có thể phân áp từ nguồn 220VAC/50hz xuống còn 6VAC/50hz bằng biến áp, và tiếp tục phân áp nguồn 6VAC/50hz xuống 0.1VAC/50hz bằng biến trở 50k. như sau:

+

-220VAC/50hz/sine

100mV/50hz/sin50k 40%

220VAC/6VAC/1A

12. Thiết kế mạch dao động đa hài

LED2LED1

12V

C2C1

Q1

C1815

Q2

C1815

R6R5

R3R2 R4R1

Nguyên lý hoạt động:

2 Transistor phải hoạt động chế độ on/off dứt khoát. Khi cấp nguồn 1 trong 2 transistor dẫn điện trước.

Nếu giả sử Q1 dẫn trước, Q2 ngay lập tức bị khóa (phần lớn do Q1 khống chế).

Khi Q1 dẫn, có 3 dòng điện chảy qua Q1: 12V-R1-C1-E1-mass; 12V-R3-B1-E1-mass; 12V-R4-C2-B1-E1-mass, cả 3 dòng này làm cho Q1 dẫn bão hòa thật nhanh, do đó C2 được nạp điện ( thời hằng nạp của tụ C2 là =R4C2 ).

Đến khi C2 nạp đầy, ngay lập tức Q1 ngắt, vì cực âm của tụ C2 đặt vào cực B1 của Q1 (vì tụ C2 nạp đầy dòng chảy qua tụ bằng 0, không có dòng cấp cho IB1 thì Q1 ngắt), và C2 sẽ phóng điện từ 12V-R3-C2-qua cực C2-E2-mass làm cho Q2 dẫn ( thời hằng xã của tụ C2 là =R3C2 ) .

Khi Q2 dẫn, có 3 dòng điện chảy qua Q2: 12V-R4-C2-E2-mass; 12V-R2-B2-E2-mass; 12V-R1-C1-B2-E2-mass, cả 3 dòng này làm cho Q2 dẫn bão hòa thật nhanh, do đó C1 được nạp điện ( thời hằng nạp của tụ C1 là =R1C1 ).


Trang 15

Đến khi C1 nạp đầy, ngay lập tức Q2 ngắt, vì cực âm của tụ C1 đặt vào cực B2 của Q2 (vì tụ C1 nạp đầy dòng chảy qua tụ bằng 0, không có dòng cấp cho IB2 thì Q2 ngắt), và C1 sẽ phóng điện từ 12V-R2-C1-qua cực C1-E1-mass làm cho Q1 dẫn ( thời hằng xã của tụ C1 là =R2C1 ). Do đó khi thiết kế cần quan tâm đến chế độ on/off của 2 transistor như sau: VBEsat=1V VCEsat=0.25V Chọn IC=100mA Chọn =60 IB=IC/=1.66mA Chọn ILED=20mA Chọn VLED=2V

kI

VVRC

CEsatCC 11.01 , chọn R1=R4=100

kI

VVRB

BEsatCC 76.62 , chọn R2=R3=6.8k

kI

VVRLED

LEDCC 5.05 , chọn R5=R6=470

Chọn tụ C1=C2=(47F÷100F) Sau khi ráp mạch, cấp nguồn, sinh viên cần quan sát 2 bóng đèn LED luân phiên sáng theo tần số của mạch. Có thể dùng dao động ký quan sát tín hiệu ngõ ra tại cực C1 và C2 của 2 transistor. Để việc quan sát đèn LED sáng luân phiên tốt hơn, ta cần mắc mạch như sau, mạch sau đây có thêm biến trở VR 10K cho phép sinh viên hiệu chỉnh tần số dao động của mạch bằng biến trở VR linh hoạt hơn.

10kVR

LED2LED1

12V

C2C1

Q1

C1815

Q2

C1815

R6R5

R3R2 R4R1

Lưu ý: Tần số dao động của mạch sẽ được tính bằng biểu thức: T=1+2, trong đó 1=0.7R1C1, 2=0.7R2C1 Đặc biệt, khi chọn R1=R4=R, C1=C2=C, R2=R3=R, thì T=1.4RC


Trang 16

12V

1kHz

V1-50m/50mV

1uF

VR

Q2H1061

Q1C1815

R1

R2

R3

13. Thiết kế mạch ghép Darlington

Lưu ý: khi ghép darlington, transistor đứng sau phải là transistor công suất (vì IC2=(12)IB1=IB2, rất lớn, nên dòng IC2 rất lớn) Thông số kỹ thuật của C1815 và H1061: VCEO VCBO VBEO VCE VCesat VBE VBesat IC C1815 50V 60V 5V 6V 0.25V 0.6V 1V 2÷150mA 25÷700 H1061 80V 100V 5V 4V 1V 1.5V 0.1÷4A 35÷200 Cách thiết kế: Mạch hoạt động chế độ khuếch đại, nên chọn: VCE2 = 4V, VBE2 = 1.5V, IC2 = 1A, 2 = 50, IB2 = IC1 = IC2/2 = 20mA, VCE1 = 6V, VBE1 = 0.6V, 1 = 50, IB1 = IC1/1 = 0.4mA Suy ra:

VR3=VE2= VCC-VCE2=8V, R3=VR3/IC2=8, chọn R3=10, PR3=R3IC2=8W

VB1=VBE1+VBE2+VE2=10.1V Áp trên VR phải lớn hơn 10.1V, chọn VVR=10.6V,

R2=(VVR-VB1)/IB1=0.5V/0.4mA=1.25K, chọn R2= 1.2k Áp trên R1 là: VR1=VCC-VVR=12-10.6=1.4V Chọn dòng qua R1+VR là: IR1+VR=20IB1=8mA:

VR=VVR/IR1+VR=10.6/8=1.325k, chọn VR 5k R1=VR1/IR1+VR=1.4/8=0.175k, chọn R1=180


Trang 17

8

6

2

5

1 4

3

7

Q R

S

1.4V

Q2

Q1U2

U1

5k

5k

5k

5V

C.01

R2

R1NE555 3

481 5

26

7

OUT

RST

VCC

GN

D

CV

TRGTHR

DSCHG

14. Thiết kế mạch dao động dùng IC555. Sơ đồ cấu trúc bên trong của IC555 như sau:

Thiết kế mạch dao động tạo xung vuông dùng IC555


Trang 18

Phân tích mạch tạo xung vuông dùng IC 555 phải kết hợp với sơ đồ cấu trúc bên trong của 555, như sau: Bảng trạng thái của RS-FF:

R S Q Q 0 0 Q0 0Q 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 Cấm

Vừa cấp nguồn, giả sử Q1 ngắt, ]0[Q ,Vout=[1], tụ C nạp từ VCC-R2-R1-C-mass. Quá trình tụ C nạp:

CCCCC VVV32

31

, S=[0], R=[0], ]0[0 QQ , Vout=[1], Q1 vẫn ngắt, tụ C vẫn nạp

CCC VV32

, S=[0], R=[1], ]1[Q , Vout=[0], Q1 dẫn bão hòa, tụ C xả điện từ mass-

C-chân 2- chân 6- R1-chân 7-Q1-mass. Quá trình tụ C xả:

CCCCC VVV32

31

, S=[0], R=[0], ]1[0 QQ , Vout=[0], Q1 còn dẫn, tụ C vẫn xả.

CCC VV31

, S=[1], R=[0], ]0[Q , Vout=[1], Q1 ngắt, tụ C nạp lại

R1

R2

+

C

.01

5V

8

6

2

5

1 4

3

7

Q R

S

1.4V

Q2

Q1U2

U1

5k

5k

5k

5V

VCC/3

2VCC/3


Trang 19

C

D2

.01

R2

R1

NE555 3

481 5

26

7

OUT

RS

T

VC

CG

ND

CV

TRGTHR

DSCHG

D1

5V

Quá trình nạp xả của tụ cứ diễn ra liên tục, nên tại ngõ ra chân 3 ta có xung vuông Tính toán thiết kế: Nhận xét: tụ điện chỉ nạp đến giá trị 2Vcc/3 và xả đến giá trị VCC/3:

Phương trình nạp: CC

t

CCCn VeVtV n

n

321)(

31

n

nt

e ,

vậy tn=ln3n=1.1n, trong đó n=(R2+R1)C

Phương trình xả: CC

t

CCCx VeVtV x

xn

31)(

31

x

xt

e ,

vậy tx=ln3x=1.1x, trong đó x=R1C Thời gian tụ nạp xả được tính: t=tn+tx=0.69(R2+2R1)C, lưu ý thời gian nạp và xả không bằng nhau, nên dạng sóng vuông ngõ ra chân 3 không đối xứng Tần số của tín hiệu hình vuông ngõ ra chân 3 là:

CRRTf

)2(69.011

12

Ví dụ: R2=1.5k, R1=2.2k, C=4.7uF, f=52.2hz Sinh viên muốn thiết kế xung ngõ ra vuông đối xứng, lắp mạch như hình sau (chỉ cần gắn thêm 2 diode như hình vẽ, để khi tụ nạp chỉ nạp qua R2-D2, khi tụ xả chỉ xả qua D1-R1, nếu chọn R1=R2=R thì ngõ ra vuông và đối xứng:

tn t(s)

Vout

0 tx

VCC

2VCC/3

VCC/3


Trang 20

R2

C

R1

.01

VCC

5V

NE555 3

481 5

2

67

OUT

RST

VCC

GN

D

CV

TRG

THRDSCHG

S

15. Thiết kế mạch đơn ổn dùng IC 555

Lưu ý: Chân 2 được nối với nguồn VCC qua điện trở R1 sao cho áp chân 2 lớn hơn VCC/3. Khi có xung âm (xung âm hẹp) tác động vào chân 2 (chân Trigger), ngõ ra chân 3 sẽ có xung dương, sau đó mạch sẽ trở về trạng thái ban đầu. Độ rộng xung chân 3 lớn hay nhỏ phụ thuộc vào mạch định thời R2C. Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn, giả sử Vout=[0], ]1[Q , Q1 dẫn bão hòa, chân 7 nối mass, tụ C không nạp, mạch điện giữ nguyên trạng thái này cho đến khi có xung kích vào chân 2

R1

R2

+

C

.01

5V

5V

VCC/3

2VCC/3

8

6

2

5

1 4

3

7

Q R

S

1.4V

Q2

Q1U2

U1

5k

5k

5k

5V

S


Trang 21

Nhấn công tắc S sau đó nhả công tắc S ra, ngay lập tức chân 2 có áp 0V, S=[1], R=[0], ]0[Q , Vout=[1], Q1 ngắt, tụ C nạp từ VCC-R2-chân 6-C-mass. Trong thời gian nạp, mạch giữ nguyên trạng thái, nên ngõ ra Vout=[1]. Quá trình nạp:

CCC VV32

, S=[0], R=[1], ]1[Q , Vout=[0], Q1 dẫn bão hòa, tụ C xả điện từ mass-

C-chân 7- mass, mạch điện giữ nguyên trạng thái này cho đến khi có xung kích vào chân 2. Nhận xét: Thời gian có xung dương ngõ ra chính là thời gian tụ C nạp từ 0 đến 2VCC/3

Phương trình nạp: CC

t

CCCn VeVtV n

n

321)(

31

n

nt

e ,

vậy tn=ln3n=1.1n, trong đó n=R2C Thiết kế mạch khuếch đại công suất OTL:

Vcc

C9

C8

Q6

D3

Q4

Q5

Q3

D1

D2

VR2

C7

CF2

Q2

VR1

C6

C5

1kHz

V2-1/1V

C2

C4

C3

Q1

CF1

C1

R17

Loa

R19

R18R16

R15

R14

R12

R13

R10

R9

R11

R8

R20

R7

R6

R5

R4

R3

R2

R1

Q1: tiền khuếch đại điện áp Q2: khuếch đại thúc Cặp Q3, Q4 và Q5, Q6 khuếch đại công suất ghép Darlington R7, R8 hồi tiếp áp, hệ số hồi tiếp k=R7/R8 R12, R13 định lượng hồi tiếp dương D1, D2, D3 ổn định VBE. R20 chiếc áp C2 lọc nguồn

n t(s)

Vout

0


Trang 22

C8, R19 chống dao động tự kích của loa, triệt cao tần C9 tụ xuất âm CF1, CF2 tụ triệt cao tần (hồi tiếp âm) VR1 chỉnh Volume ở chế độ xoay chiều: R2 ổn định tổng trở ngõ vào (mắc song song) C1 liên lạc C6 hồi tiếp dương, lấy thành phần áp ra đưa vào B3 để tăng áp ra (gọi là tự cử Boostrap) Cách thiết kế: Thiết kế mạch KĐCSAT OTL có Pout=20W, tải loa 8, AV=120 lần. Bước 1: Xác định nguồn cung cấp:

L

CCo R

VP8

2

, thông thường =70%, VDCRPV LoCC 43

8

L

CECC

C RR

VVI

17

5max5

2 , R17<<RL, AVVR

VVI

L

CECC

C 5.28

5.15.212 5max5

AAII CAVGC 8.0

14.35.2max5

5

Công suất tiêu tán trên Q5: PQ5=1/4 Po=5W, chọn Q5, Q6 là transistor công suất có công suất lớn hơn 5W Xác định R17, R18, C9 (lưu ý: R17=R18 đối xứng, là điện trở cân bằng cho tải)

R17, R18 << RL, chọn LRRR

201

101

1817 , chọn 1/20RL=0.4, chọn

R17=R18=0.5 (điện trở sứ, điện trở công suất), PR17,R18=RICmax2=0.52.55=3.1W

chọn công suất của R17, R18 theo các cấp công suất: 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W, 5W, 10W. Xác định C9: C9 dùng suy giảm biên độ ở tần số thấp

Tại tần số thấp (f=50Hz) mà tai người còn nghe được, chọn LC RZ

201

101

9

8.0101

9 LC RZ , uFhzfZ

CC

40008.05014.32

12

1

99

4.0

201

9 LC RZ , uFhzfZ

CC

80004.05014.32

12

1

99

Chọn tụ C9: 4700uF/50V Tính R14, R15, R16 Q3 đưa dòng vào Q5 thông qua R14, R15. R15 dùng phân cực cho Q5 R14 >> ZinQ5 (ZinQ5 = 10), R14 = (10÷20) ZinQ5 = 100 ÷ 200 Chọn R14 = 150 = R15 = R16


Trang 23

Tính R11, R12, VR2, R13

53

max5max3

CB

II , chọn 5=20, 3=100, mAI B 25.1100205.2

max3

IC2>>IB3max, chọn IC2=10IB3max=12.5mA

VVVV DDCC

RR 3.202.15.2122 2,11211

kmAVRR 64.1

5.123.20

1211

Ở chế độ ac, R11//RL, chọn R11=20RL=160, R12=1k

chọn VVV CCE 2.1

2101

2 , IC = 12.5mA, R13 = 1.2V / 12.5mA = 96, chọn R13 =

100

kI

VVVI

VVVVRC

ECCCC

C

ECECC 955.010

2.175.105.21422

2

2

2

222 , chọn

VR2=1k Chọn tụ C7 (tụ bypass)

137 201

101 RZC

10101

137 RZC , uFhzfZ

CC

318105014.32

12

1

7min7

5

201

137 RZC , uFhzfZ

CC

63655014.32

12

1

7max7

Chọn C7: 470uF/25V Chọn C6: 22uF÷47uF/25V Tính R10, VR1, R9: Chọn 2=200, IB2max=12.5mA/200=0.06mA Chọn IR9+VR1+R10 = 10IB2max = 0.6mA VB2 = VBE2 + VE2 = 0.6 + 1.2 = 1.8V R10 = 1.8V / 0.6mA = 3k, chọn R10 = 3.3k

kI

VVRRVRR

BCCRVR 8.32

6.08.15.212

9110

291

Chọn R9 = 22k, VR1 = 50k Chọn IC1 = 1mA Chọn V’CC = 15V

kmA

VVI

VVRC

CCCC 281

1543'

120 , chọn R20 = 27k

C2 dùng ổn định nguồn (lọc nguồn) chọn C2 = 100uF ÷ 220uF / 50V

Chọn VVV CCCE 5.7'21

1


Trang 24

VVV CCE 1'151

1

kI

VVVRC

ECECC 5.61

15.715'

1

115 , chọn R5 = 5.6k hoặc 6.8k

kIVRR

C

E 11

176 , R6 >> R7, chọn R6 = 1k, R7 = 100

1207

8 RRAV , R8 = AVR7 = 120100 = 12k

Chọn tụ C5 (tụ hồi tiếp)

85 201

101 RZC

kRZC 2.1101

85 , uFhzfZ

CC

6.212005014.32

12

1

5min5

kRZC 6.0

201

85 , uFhzfZ

CC

3.56005014.32

12

1

5max5

Chọn C5: 4.7uF ÷ 10uF / 25V C8, R19 bộ chống dao động tự kích được xác định bằng thực nghiệm: C8 =.047uF ÷.1uF R19 = vài ÷ 10 Tính C1, C4 tụ liên lạc ngõ vào, chọn ZC1, ZC4 << ZQ1, ZQ2. tương tự, C1 = C4 = 1uF ÷ 10uF / 25V Tính R3, R4 tương tự, R1, R2 bộ chia áp ngõ tín hiệu vào. (SV tính 4 thông số này) Khi thực hành ráp mạch, sinh viên cần lưu ý:

Nối tắt tín hiệu ngõ vào, VR1 đặt giữa, VR2 đặt min. Cấp nguồn 43VDC, Dùng VOM đo điện áp trung điểm (Vtd) và điều chỉnh VR1 để lấy giá trị 1/2VCC=21.5V

Khi VR1 min mà Vtd>21.5V, tăng R10, hoặc giảm R9. Đo VE2, lấy giá trị đo này chia cho R13, nếu IC3 = 5÷10mA là đạt yêu cầu Đo điện áp trên R14, R16 hiệu chỉnh VR2 nếu 0.4÷0.5V là đạt. Đo VR17, lấy giá trị này chia cho R17 được dòng Ic5, điều chỉnh VR2 sao cho

dòng này đạt từ 1mA÷100mA là đạt yêu cầu Đo VCE1, nếu trong phạm vi 1/2V’CC =7.5V là đạt yêu cầu


Trang 25

Một số công thức mạch khuếch đại công suất âm tần sinh viên cần nhớ: Mạch có ghép cuộn chặn:

Công suất nguồn cung cấp: CCCQL

CCCC VI

RVP

2

Công suất transisotor: L

CCC R

VP2

2

CCCQL

CCC VI

RVP

2

max

Công suất tải: L

CCL R

VP2

2

max

Hiệu suất của mạch: %50CC

L

PP

Chỉ số công suất có ích: 2max

max L

C

PP

Ý nghĩa: Khi cần công suất tải 10W, ta phải chọn transistor có công suất

WPC 202 Mạch khuếch đại công suất lớp A có RC:

Công suất nguồn cung cấp: L

CCCC R

VP2

2


CCC R

VP4

2

max


CCL R

VP8

2

max


L

PP


max L

C

PP

Mạch khuếch đại công suất lớp A ghép biến áp

Công suất nguồn cung cấp: L

CCCC R

VP'

2


CCC R

VP'2

2

, L

CCC R

VP'

2

max


CCL R

VP'2

2

max


Trang 26


L

PP


max L

C

PP

Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo lớp B: Mạch khuếch đại công suất

đẩy kéo lớp B dùng để tăng hiệu suất của mạch, khi lần lượt 2 transistor thay phiên nhau dẫn, mỗi transistor khuếch đại chế độ A, ghép 2 transistor cho ta chế độ B (hay còn gọi là AB)

Nguồn cung cấp: CQLCQLCC IRIRNV '22 2

L

CCCm R

VI'

, trong đó LL RNR 2'

Công suất nguồn: CQCCCmCCCC IVIVP22

L

CCCC R

VP'

2 2

max

Công suất transisotor: LCmCmCCC RIIVP '2122 2

,

L

CCC R

VP'

1 2

2max , khi

L

CCC R

VI'

2max

Công suất tải: LCmL RIP '21 2 ,

L

CCL R

VP'2

1 2

max

Hiệu suất của mạch: %754

CC

L

PP

Chỉ số công suất có ích: 41

max

max L

C

PP

17. Thiết kế mạch phân cực cho FET

Đặc tính của FET 2SK30A và bảng thông số kỹ thuật


Trang 27

VDSmax VDS VGS VGSoff f(hz) P(mW) g(mA/V) IDSS ID(mA) 2SK30A 10V -0.4÷-5V ÷1mHZ 100 1.2 0.3÷6.

5mA

R3

12VDC

+3VDC

R1

R2

NJFET

Chọn VGS=1/2Vp=-0.8V

mAVVII

p

GSDSSD 8.0

6.18.012.31

22

Chọn VDS=VDD/2=6V Chọn VS=2V, suy ra R3=2/0.8=2.5k VR2=12-2-6=4V R2=4/0.8=5k Chọn R1=1M 18. Thiết kế mạch điều khiển độ sáng của đèn dùng SCR Thông số của SCR VAK IGT VGT VTM VRGM IGM(F) PGAV ITRMS 5P4M 400V 10mA 1.5V 1.4V 10V 2A 0.5W

12VAC

C3

D4

VR5P4M

220VAC/12VAC/1A/50hz

T2

R2

R1

Chọn VC=1/2(V2max-2VD)=1/2(12 2 -2)=7.5V Chọn VR2=1.4V để kích SCR dẫn Chia áp VR1=6.1V Chọn IR1=IGT=10mA, suy ra R1=6.1/10=0.61k, chọn R1=560,

Phân áp, suy ra

1284.15.7

5604.11221

2

222

RCRCR VV

RVRRR

RVV

Chọn R2=150 Chọn C3=100uF Khi góc kích =00 suy ra thời gian tụ nạp đến 7.5V là 0s

00.1ln VRsCVR

UUt C


Trang 28

Khi góc kích =1800 suy ra thời gian tụ nạp đến 7.5V là 0.01s

14510.

155.71ln01.01ln 4 VRVRsVRC

UUt C

Vậy chọn biến trở VR = 220 Thiết kế mạch SCR:

Documents

Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan ... filePhương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân Trang 1 1. Thiết