Chủ biên: ThS. Nguyễn Võ Huệ Anh Thành viên biên soạn: ThS ...
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan ... filePhương pháp...
Transcript of Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan ... filePhương pháp...
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:
VUUU DR 161212maxmax Chọn PRmax=1/8W
mAUPI
R
RR 8.7
max
maxmax
kI
URR
R 05.2max
maxmin , chọn R=2.2k
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,
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
maxmin , chọn R=1.8k
4. Thiết kế mạch chỉnh cầu có tụ lọc:
+
C
220VAC/12VAC/1A
+
-220VAC/50hz
1AS2
Vo
R
Tương tự bài trên:
VUUU DR 1522122maxmax Chọn PRmax=1/8W
mAUPI
R
RR 3.7
max
maxmax
kI
URR
R 8.1max
maxmin , chọn R=1.8k
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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.
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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.
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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.
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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.
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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.
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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)
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Chọn kRRBB 49.01101
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.
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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 ).
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Công suất transisotor: L
CCC R
VP4
2
max
Công suất tải: L
CCL R
VP8
2
max
Hiệu suất của mạch: %25CC
L
PP
Chỉ số công suất có ích: 2max
max L
C
PP
Mạch khuếch đại công suất lớp A ghép biến áp
Công suất nguồn cung cấp: L
CCCC R
VP'
2
Công suất transisotor: L
CCC R
VP'2
2
, L
CCC R
VP'
2
max
Công suất tải: L
CCL R
VP'2
2
max
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
Trang 26
Hiệu suất của mạch: %50CC
L
PP
Chỉ số công suất có ích: 2max
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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
Phương pháp thiết kế mạch tương tự Biên soạn: ThS. Phan Như Quân
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: