Nghiên cứu thiết bị rửa bộ lọc kháng khuẩn đầu vào cho máy thở và máy gây mê kèm thở

CẤU TẠO VÀ CẤU TRÚC MÀNG KHÁNG KHUẨN

Cấu tạo của máy thở, gây mê kèm thở và vị trí của màng lọc kháng khuẩn

Máy thở và máy gây mê kèm thở là thiết bị thiết yếu trong hồi sức cấp cứu, hỗ trợ bệnh nhân bị tổn thương hoặc rối loạn hệ hô hấp, cũng như những người cần điều trị sau phẫu thuật Những thiết bị này thường được trang bị tại các khoa ngoại, khoa gây mê hồi sức, khoa chống độc và hồi sức tích cực trong bệnh viện, nhằm đảm bảo sự an toàn và hiệu quả trong quá trình điều trị.

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy thở

Nguyên lý hoạt động của máy thở là thay thế chức năng của phổi, thực hiện hai chu trình hô hấp: chu trình hút không khí vào phổi và chu trình đẩy khí ra sau khi mạch máu trao đổi oxy với không khí trong phế nang Quá trình thở khác với tuần hoàn, vì nhịp thở được điều khiển bởi các cơ lồng ngực và cơ hoành Khi tỉnh táo, hệ thần kinh tác động khiến các cơ này hoạt động, từ đó duy trì quá trình hô hấp một cách đều đặn.

Khí tươi được hút vào bình chứa qua bơm hút chân không và được điều khiển theo chu kỳ bởi một van điện tử, xả vào buồng phổi ngoài thiết kế dạng màng gấp đàn hồi để đẩy khí vào phổi bệnh nhân Trong quá trình bơm khí, van xả đóng lại Khi kết thúc thời gian trao đổi oxy, van khí mở để xả khí thở ra ngoài Do áp suất trong lồng ngực bệnh nhân luôn cao hơn áp suất môi trường, sức nặng của lồng ngực sẽ giúp đẩy khí thải ra ngoài khi van xả mở.

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy gây mê kèm thở

Máy gây mê kèm thở không chỉ duy trì nhịp thở cho bệnh nhân trong quá trình phẫu thuật mà còn pha trộn khí gây mê với tỷ lệ nhất định giữa oxy và khí NO2 Hỗn hợp khí này được đưa vào buồng tích khí để bơm vào phổi, với nguồn khí tươi từ môi trường bên ngoài Khí NO2 và oxy đã được xử lý theo tiêu chuẩn y tế, đảm bảo không có vi khuẩn, virus hay bụi mịn trong hỗn hợp Tất cả các ống dẫn trong máy thở đều được khử trùng trước khi sử dụng, do đó, nguy cơ lây nhiễm chéo chủ yếu đến từ nguồn khí tươi bên ngoài Việc kết hợp máy gây mê với máy thở là cần thiết vì nguồn khí ngoài cung cấp oxy, đóng vai trò chính trong việc duy trì sự sống Tuy nhiên, việc sử dụng oxy nguyên chất trong thời gian dài có thể gây ra những tác dụng phụ không lường trước, ảnh hưởng đến trạng thái lâm sàng của bệnh nhân.

Hình 1.3 Hình ảnh của một bộ lọc kháng khuẩn cho máy thở và máy gây mê kèm thở

Để đảm bảo an toàn cho môi trường, việc sử dụng bộ lọc kháng khuẩn để loại bỏ vi khuẩn và virus là rất cần thiết Màng lọc kháng khuẩn trong máy thở và máy gây mê có vai trò tương tự nhau Hình ảnh minh họa cho bộ lọc kháng khuẩn đầu vào của các thiết bị này cho thấy màng lọc được bảo vệ bởi vỏ nhựa tổng hợp với cấu trúc gồm một đầu vào và một đầu ra Màng lọc được tạo thành từ các sợi Polypropylene đan xen, tạo ra các lỗ lọc (pore) nhờ vào sự kết hợp nhiệt độ và đan chéo của các bó sợi Để tăng cường khả năng khử khuẩn, một số màng lọc có thể được xử lý bằng hóa chất khử khuẩn như H2O2 hoặc dung dịch chứa nano bạc.

Hình 1.4 Cấu trúc của màng lọc kháng khuẩn dưới góc nhìn từ kính hiển vi bề mặt

Bộ lọc kháng khuẩn cho máy thở được thiết kế để sử dụng một lần, không thể tách rời để rửa sạch Cấu tạo của bộ màng lọc kháng khuẩn đầu vào bao gồm hai đầu dẫn ống khí vào và ra Đầu khí ra của màng lọc có đầu nối theo tiêu chuẩn, cho phép kết nối với các ống dẫn khí vào bên trong máy thở Đường kính của các ống dẫn có thể khác nhau tùy thuộc vào từng nhà sản xuất.

Bộ lọc kháng khuẩn đầu vào cho máy thở và gây mê được cấu tạo từ nhiều lớp vật liệu như hạt giữ ẩm, màng kháng khuẩn và màng trao đổi nhiệt, giúp điều chỉnh độ ẩm và nhiệt độ của không khí trước khi vào cơ thể Việc duy trì điều kiện không khí không quá khô, lạnh, nóng hay ẩm là rất quan trọng để bảo vệ màng niêm mạc đường hô hấp, tránh tổn thương và ngăn ngừa sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh Các màng lọc này đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn bụi bẩn, vi khuẩn và virus, đảm bảo an toàn cho quá trình hô hấp.

Sau một thời gian dài phát triển, vật liệu làm màng lọc đã được cải tiến, dẫn đến việc tạo ra các bộ ổn nhiệt và ổn ẩm độc lập, không còn tích hợp trong bộ lọc kháng khuẩn Hiện nay, chức năng chính của bộ lọc kháng khuẩn chỉ còn là lọc bụi mịn, vi khuẩn và virus Các màng lọc kháng khuẩn hiện tại không còn được thiết kế với hạt nhỏ nén trong lớp lọc như trước, mà thay vào đó sử dụng công nghệ vải không dệt để tạo ra các lỗ nhỏ đến 0.25 um Với kích thước này, màng lọc kháng khuẩn có khả năng lọc hiệu quả bụi mịn, vi khuẩn và siêu virus.

Những lựa chọn kỹ thuật

Vì cấu trúc phức tạp của bộ lọc kháng khuẩn, việc tách rời và rửa màng lọc là điều không khả thi Do đó, cần tìm ra phương pháp hiệu quả để làm sạch các chất bẩn bám trên màng lọc khí nhằm tái sử dụng bộ lọc Tính chất của màng lọc và bộ lọc có thể được mô tả như sau:

1 Màng lọc được chế tạo từ vật liệu polypropylene nên sẽ không thấm nước

2 Vỏ nhựa của màng lọc không thấm nước và có đường dẫn cho khí và nước lưu chuyển ở bên trong

Như vậy, có thể lựa chọn những phương pháp rửa như sau:

1 Sử sụng hóa chất tẩy rửa nhạnh như nước javen, H2O2, muối vô cơ, để lợi dụng tính chất hòa tan các chất bẩn kéo các phân tử bẩn ra khỏi các pore của màng lọc Phương pháp này cần dùng đến các hóa chất phức tạp, có thể làm tan các bụi bẩn vô cơ, nhƣng không loại bỏ đƣợc các phần tử sinh học và vô cơ, vì tỷ trọng của nó khá lớn, hơn nữa, một số dung môi mạnh sẽ phá hủy màng lọc thông qua phản ứng hóa học

2 Sử dụng nước sạch bơm nước sạch qua màng lọc Phương pháp này bằng tác dụng cơ học từ vi lưu cũng có thể đẩy các chất bẩn ra khỏi màng lọc, tuy nhiên, lực tương tác để điều khiển các lực vi lưu này sẽ rất khó khăn Nếu quá nhỏ, sẽ ko đẩy đƣợc chất bẩn ra, nếu quá mạnh sẽ làm rách màng lọc

3 Sử dụng phương pháp thổi khí sạch Phương pháp này cũng gặp những khó khăn tương tự như đối với trường hợp là chất tẩy rửa là nước sạch Nếu lưu lƣợng khí quá yếu, sự rửa không có tác dụng, nếu quá mạnh sẽ làm rách màng lọc

4 Phương pháp sử dụng siêu âm khí Phương pháp này đòi hỏi một lực dao động khí đủ lớn, chúng phụ thuộc vào áp suất âm học của khí, tuy nhiên, để đạt đƣợc áp suất khí âm đủ lớn không dễ dạng thực hiện thông qua các giải pháp kỹ thuật bởi áp lực âm phụ thuộc vào diện tích của transducer mà ở môi trường không khí sự lan truyền sóng âm chậm làm ngắn bước sóng cùng tần số do đó sự tiêu hao qua phân tán năng lƣợng siêu âm sẽ lớn Hơn thế nữa, năng lƣợng siêu âm lớn cũng ảnh hưởng đến sức khỏe của người vận hành

5 Phương pháp sử dụng siêu âm lỏng Phương pháp này cũng đòi hỏi dao động trong chất lỏng đủ lớn Tuy nhiên bởi sự ngăn cách với không khí do trở kháng âm rất khác nhau, năng lƣợng siêu âm chỉ phân bố trong một không gian hẹp, vì thế, bảo toàn đƣợc năng lƣợng siêu âm Năng lƣợng này cũng dễ dàng tăng công suất của siêu âm, bởi không gian hẹp, mật độ công suất giao động được bảo toàn, do đó, chỉ cần kích thước transducer vừa đủ tương ứng với thể tích của bồn chứa chất lỏng sẽ đảm bảo đƣợc những dao động cơ học đủ lớn để làm bong các liên kết cơ học, do đó, làm sạch các sợi trong màng lọc

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bản chất vật lý của sóng siêu âm

2.1.1 Âm thanh Âm thanh là các dao động cơ học (biến đổi vị trí qua lại) của phần tử, nguyên tử hay các hạt làm nên vật chất và lan truyền trong vật chất nhƣ các sóng Đối với thính giác của người, âm thanh thường là sự dao động, trong dải tần số từ khoảng 20 Hz đến khoảng 20000 Hz, của các phân tử không khí, và lan truyền trong không khí, va đập vào màng nhĩ, làm rung màng nhĩ và kích thích bộ não Tuy nhiên âm thanh có thể đƣợc định nghĩa rộng hơn, tuỳ vào ứng dụng, bao gồm các tần số cao hơn hay thấp hơn tần số mà tai người có thể nghe thấy, không chỉ lan truyền trong không khí mà còn truyền trong bất cứ vật liệu nào Trong định nghĩa rộng này, âm thanh là sóng cơ học và theo lƣỡng tính sóng hạt của vật chất, sóng này cũng có thể coi là dòng lan truyền của các hạt phonon, các hạt lƣợng tử của âm thanh

Tiếng ồn và âm nhạc đều thuộc về âm thanh, nhưng trong việc truyền tín hiệu, tiếng ồn được định nghĩa là những dao động ngẫu nhiên không chứa thông tin.

2.1.1.1 Các đại lượng vật lý của âm thanh

Tần số, đo bằng Hertz, là số lần dao động mà nguồn âm thực hiện trong một giây Đây là đại lượng quan trọng nhất của âm thanh, ảnh hưởng đến cách chúng ta cảm nhận âm thanh trong cuộc sống hàng ngày.

Cường độ âm (I) được định nghĩa là năng lượng mà sóng âm truyền qua mỗi đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian Đơn vị đo cường độ âm là watt trên mét vuông (W/m²).

Gọi I0 là cường độ âm vừa đủ có thể nghe được (gọi là cường độ âm chuẩn)

Khi đó biểu thức log o

Mức cường độ âm, được gọi là Ben (B) trong hệ SI, thường được biểu thị bằng đơn vị decibel (dB) do giá trị nhỏ của nó Đồ thị dao động âm thể hiện sự kết hợp của các đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm cụ thể.

2.1.1.2 Các đại lượng sinh lý của âm thanh

Âm thanh ảnh hưởng đến cơ quan thính giác không chỉ dựa vào các đặc trưng vật lý của nó mà còn liên quan đến sinh lý của tai Tai người có khả năng phân biệt các âm thanh khác nhau nhờ vào những đặc điểm sinh lý của âm thanh.

Các đặc trƣng sinh lý bao gồm: độ cao, độ to và âm sắc Mỗi đặc trƣng sinh lý phụ thuộc vào 1 đặc trƣng vật lý nhất định

Âm thanh có khả năng truyền qua các môi trường rắn, lỏng và khí nhờ vào sự dao động của các hạt cấu tạo trong những chất này Khi nguồn âm phát ra dao động, các hạt cũng sẽ dao động và từ đó âm thanh được truyền đi Tuy nhiên, âm thanh không thể truyền trong chân không do không có hạt nào để tạo liên kết và truyền đi sóng âm.

Vận tốc âm thanh truyền qua các chất lỏng luôn lớn hơn các chất khí và nhỏ hơn các chất rắn

Khi âm thanh gặp các mặt chắn, chúng sẽ bị phản xạ với mức độ khác nhau Âm thanh phản xạ sau âm thanh trực tiếp trong khoảng thời gian ít nhất 1/15 giây được gọi là tiếng vang Các vật cứng và có bề mặt nhẵn sẽ phản xạ âm thanh tốt hơn, trong khi các vật mềm, xốp và có bề mặt gồ ghề sẽ phản xạ âm kém.

Sóng âm là loại sóng cơ học lan truyền qua các môi trường vật chất như rắn, lỏng và khí, nhưng không tồn tại trong chân không Chúng được tạo ra từ sự dao động của các phần tử trong môi trường truyền sóng, với vận tốc không đổi Các đặc trưng của sóng âm bao gồm tần số, biên độ, bức sóng và vận tốc lan truyền.

2.1.2.1 Các đại lượng đặc trưng của sóng âm

Hình 2.1 minh họa sóng, bao gồm các lần nén và giãn xen kẽ theo hình sin Đỉnh của sóng thể hiện lực nén cao nhất, trong khi đáy của sóng biểu thị lực nén thấp nhất.

Hình 2.1 Biểu diễn dạng sóng âm

Các đại lƣợng đặc trƣng của sóng âm bao gồm nhƣ sau:

 Chu kỳ T là khoảng thời gian thực hiện 1 nén và 1 giãn, tính bằng giây

 Tần số f (Hz): số chu kỳ thực hiện đƣợc trong một giây

 Biên độ là khoảng cách lớn nhất giữa 2 đỉnh sóng cao nhất hoặc 2 đỉnh sóng thấp nhất

 Vận tốc truyền âm (m/s) là quãng đường mà sóng truyền được sau một đơn vị thời gian

 Độ dài bước sóng λ(m) là quãng đường mà sóng truyền được sau khoảng thời gian bằng một chu kỳ: λ = v*T=v/f

Tốc độ sóng âm (c) được định nghĩa là quãng đường mà sóng âm di chuyển trong một đơn vị thời gian, thường được đo bằng mét trên giây (m/s) Tốc độ truyền âm không phụ thuộc vào công suất, mà chủ yếu phụ thuộc vào tính chất của môi trường truyền âm Các môi trường có tính đàn hồi cao và mật độ lớn sẽ có tốc độ truyền âm cao hơn so với những môi trường có tính đàn hồi thấp và mật độ phân tử thấp Mối quan hệ giữa tốc độ âm thanh, bước sóng và tần số được biểu thị qua công thức C = λ * f.

 Năng lƣợng sóng âm (P) biểu thị năng lƣợng của sóng âm lan truyền trong môi trường vật chất và sẽ mất mát dần khi lan truyền

Cường độ âm là mức năng lượng mà sóng âm phát ra trên một đơn vị diện tích, thường được đo bằng W/cm² Trong quá trình lan truyền, cường độ âm sẽ giảm nhưng tần số vẫn giữ nguyên Để so sánh cường độ âm giữa hai điểm, ta sử dụng công thức tính độ suy hao.

Trong đó : I là cường độ âm tại một điểm bất kì

I0 là cường độ âm tại điểm ban đầu

 Trở kháng âm của môi trường : Z = ρ*C ( trong đó ρ(kg/m 3 ) là tỷ trọng môi trường, C (m/s) là vận tốc truyền âm trong môi trường)

 Sóng siêu âm ứng dụng tảy rửa trong công nghiệp có tần số từ 20 KHz đến 100khz

Sóng dọc là loại sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng, xuất hiện trong các môi trường bị biến dạng thể tích Loại sóng này có khả năng truyền qua môi trường rắn, lỏng và khí.

Sóng ngang là loại sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng, thường xuất hiện trong môi trường có tính đàn hồi về hình dạng, như chất rắn.

Sóng mặt hay sóng Rayleigh chỉ truyền trên bề mặt giữa chất rắn và chất lỏng, với dao động của hạt theo quỹ đạo hình elip và vận tốc khoảng 90% so với sóng ngang Sóng này truyền trong vùng nhỏ hơn một bước sóng từ mặt phân cách và thường được sử dụng để kiểm tra kim loại do sự suy giảm của nó trong môi trường thấp hơn Bên cạnh đó, sóng mặt còn có khả năng đi qua các góc cạnh của vật thể có kết cấu phức tạp.

Tương tác giữa sóng siêu âm với môi trường vật chất

2.2.1 Sự hấp thụ sóng âm, sóng siêu âm

Năng lượng siêu âm, dưới dạng cơ học, tạo ra hiệu ứng sinh học khi thâm nhập vào tổ chức Khi tổ chức hấp thu năng lượng này, nó sẽ giảm dần theo độ sâu Hệ số hấp thu của siêu âm tỉ lệ thuận với bình phương tần số của sóng siêu âm.

Tần số siêu âm càng lớn thì năng lượng càng cao, nhưng hệ số hấp thu lớn sẽ giảm khả năng xuyên sâu Độ sâu hiệu quả trong thực hành là độ sâu tại đó cường độ siêu âm chỉ còn 1/2 so với ban đầu Sự phản xạ của siêu âm xảy ra ở ranh giới giữa hai môi trường, và năng lượng bị phản xạ phụ thuộc vào trị số kháng âm của các môi trường khác nhau.

Khi sóng siêu âm di chuyển xa nguồn phát, biên độ âm sẽ giảm dần do nhiều yếu tố như sự tán xạ làm chùm tia mở rộng và tương tác với môi trường tạo ra nhiệt năng Để mô tả mức độ hấp thụ của hệ thống, người ta sử dụng hệ số hấp thụ α Nếu Pd là biên độ áp âm tại vị trí d và P0 là biên độ áp âm tại vị trí ban đầu, ta có thể thấy sự giảm biên độ này rõ ràng hơn.

Hệ số hấp thụ α, tần số f và khoảng cách d là những yếu tố quan trọng trong việc phân tích sự suy giảm năng lượng siêu âm Theo phương trình (1), sự suy giảm này tỷ lệ thuận với khoảng cách so với vị trí ban đầu.

2.2.2 Sự truyền âm qua mặt phân cách giữa hai môi trường

Hình 2.3 Sóng tới bề mặt phân cách giữa hai môi trường xảy ra hiện tượng khúc xạ, phản xạ

Sóng âm, giống như các loại sóng khác, sẽ bị phản xạ khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường, trong khi một phần của sóng sẽ được truyền qua Điều quan trọng là sóng tới có những đặc điểm riêng biệt mà chúng ta cần chú ý.

16 là sóng dọc thì sóng phản xạ, sóng truyền qua có thể là sóng dọc và cả sóng ngang nữa

T = Trong đó: i là góc tới ( icident wave) t là góc truyền qua (transmitted wave)

2.2.3 Sự suy giảm của sóng siêu âm

Tất cả các hiện tượng như khúc xạ, tán xạ và hấp thụ đều dẫn đến việc giảm cường độ sóng siêu âm Trong đó, sự hấp thụ năng lượng là nguyên nhân chính làm giảm cường độ sóng, khi năng lượng này thường được chuyển hóa thành nhiệt năng và cơ năng Mức độ hấp thụ năng lượng phụ thuộc vào tần số, độ nhớt và thời gian phục hồi của môi trường.

Thời gian phục hồi của môi trường ảnh hưởng lớn đến khả năng mất mát năng lượng Nếu vật liệu có thời gian phục hồi ngắn, các phần tử sẽ trở về vị trí ban đầu trước khi sóng tiếp theo đến, dẫn đến mất mát năng lượng thấp Ngược lại, với vật liệu có thời gian phục hồi dài, các phần tử chưa kịp trở về vị trí ban đầu thì sóng tiếp theo đã đến, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để dừng và chuyển hướng chúng, quá trình này sẽ tạo ra nhiệt.

Độ nhớt là khả năng di chuyển của các phần tử trong vật chất, với độ nhớt cao làm hạn chế sự chuyển động này Khi độ nhớt tăng, các phần tử cần tiêu tốn nhiều năng lượng hơn để vượt qua lực ma sát.

Tần số có mối liên hệ chặt chẽ với độ nhớt và thời gian hồi phục của các phần tử Khi tần số tăng, các phần tử dao động nhiều hơn, dẫn đến việc tạo ra nhiều nhiệt hơn do lực ma sát, và thời gian phục hồi về trạng thái ban đầu sẽ giảm Điều này khiến cho việc dừng và định hướng lại các phần tử cần nhiều năng lượng hơn Hơn nữa, tốc độ hấp thụ cũng liên quan đến tần số; nếu tần số tăng gấp đôi, tốc độ hấp thụ của các phần tử cũng sẽ tăng gấp đôi.

Với là hệ số nhớt động học , η là chỉ số nhớt của môi trường

Với hệ số suy giảm α Ta suy ra được cường độ sóng siêu âm:

Hình 2.4 Đồ thị suy hao biên độ theo trục z

 Cường độ sóng siêu âm sẽ suy giảm theo hàm mũ e khi lan truyền trong môi trường vật chất

Hình 2.5 Giản đồ suy hao biên độ theo khoảng cách phụ thuộc vào tần số

Sóng siêu âm khi truyền vào môi trường vật chất sẽ bị suy hao năng lượng, cường độ phụ thuộc mạnh vào môi trường mà nó truyền tới

Công nghệ làm sạch

2.3.1 Công nghệ làm sạch truyền thống

Làm sạch vết bẩn và vết bám là một vấn đề thường gặp trong cuộc sống hàng ngày Quá trình này bao gồm việc loại bỏ các chất liệu không cần thiết và bụi bẩn từ các thiết bị cần được làm sạch Có nhiều phương pháp làm sạch khác nhau, trong đó phương pháp truyền thống là ngâm thiết bị trong dung dịch, kết hợp giữa tác động hóa học và cơ học Thông thường, việc làm sạch được thực hiện bằng cách sử dụng bàn chải và chổi, phù hợp cho các bộ phận có cấu trúc đơn giản và bề mặt phẳng, nhưng gặp khó khăn khi tiếp cận những khu vực khó khăn hoặc có hình dạng phức tạp.

 Quy trình rửa nhanh, đơn giản, không đòi hỏi công nghệ cao

 Rửa đƣợc các ngóc ngách của chi tiết có độ phức tạp

 Không làm ảnh hưởng đến chi tiết được rửa

 An toàn cho nhân viên làm việc, đúng quy định về môi trường

 Chi phí thấp, tiết kiệm năng lƣợng và nhân lực

 Không thể rửa đƣợc những thiết bị có cấu tạo phức tạp, có khe hở hẹp, ngóc ngách nhỏ bên trong thiết bị, linh kiện

 Gây xước bề mặt do dùng bàn chải hoặc chổi

 Biến dạng bề mặt, cấu trúc gây gẫy vỡ các chi tiết nhỏ, mỏng của thiết bị

2.3.2 Làm sạch bằng công nghệ rửa siêu âm

Làm sạch bằng phương pháp sóng siêu âm sử dụng tần số âm thanh cao từ 20kHz trở lên để loại bỏ các chất bẩn và vết bám dính trên chi tiết, linh kiện và thiết bị Sóng siêu âm tạo ra áp lực mạnh, giúp loại bỏ hiệu quả các chất bẩn như dầu mỡ, bụi bẩn, máu và hóa chất bám bề mặt, trong khi vẫn bảo vệ các chi tiết cần làm sạch khỏi hư hại Phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu như kim loại, thủy tinh, gốm sứ và nhựa.

Việc sử dụng sóng siêu âm trong tẩy rửa ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào hiệu quả kinh tế cao và độ an toàn vượt trội so với các phương pháp truyền thống Công nghệ này có khả năng làm sạch các chi tiết phức tạp và nhỏ mà các phương pháp tẩy rửa thông thường không thể xử lý Do đó, sóng siêu âm đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp mạ, ngành ô tô và thiết bị y tế.

2.3.2.1 Nguyên lý tẩy rửa, làm sạch bằng sóng siêu âm

Dưới tác động của sóng siêu âm, dung dịch rửa sẽ trở nên đặc hơn khi bị nén và loãng hơn khi bị giãn Sự không chịu nổi lực kéo của dung dịch khiến nó tạo ra những khoảng trống, dẫn đến sự hình thành nhiều bọt rỗng nhỏ Trong quá trình chuyển động hỗn loạn, các bọt khí kết hợp lại tạo thành những bọt rỗng lớn hơn Khi đạt đến một giới hạn áp suất nhất định, bọt khí sẽ vỡ ra thành nhiều hạt nhỏ, tạo ra sức va đập mạnh với áp suất gần 1000 bar, đồng thời làm tăng nhiệt độ trong chất lỏng.

Hình 2.6 Quá trình hình thành bong bóng và tan rã

Những bọt rỗng nhỏ sẽ nhanh chóng vỡ ra, tạo ra các luồng sóng xung kích mạnh mẽ Hiện tượng này trong vật lý được gọi là hiện tượng hốc chân không.

Sóng siêu âm với tần số cao tạo ra những bọt không khí nhỏ xuất hiện và biến mất nhanh chóng, tạo ra sóng xung kích giống như hàng triệu "chổi nhỏ" vô hình Những sóng này lan tỏa mạnh mẽ, giúp làm sạch mọi ngóc ngách của chi tiết khi được đặt trong dung dịch tẩy rửa.

Dưới tác động của sóng siêu âm và hiện tượng xâm thực sóng, 20 loại tẩy rửa phù hợp sẽ giúp tách rời các chất bẩn bám trên bề mặt chi tiết, từ đó làm cho chúng kết tủa lại một cách hiệu quả.

2.3.2.2 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá tình tẩy rửa

Tần số sóng siêu âm được lựa chọn tùy thuộc vào đối tượng cần rửa Ví dụ, trong việc tẩy rửa các dụng cụ y tế, tần số từ 20kHz đến 50kHz là phù hợp Tần số cao sẽ tạo ra kích thích cho các bong bóng nhỏ hơn so với tần số thấp, giúp tạo ra khoảng cách nhỏ hơn giữa các bong bóng lớn.

Cường độ sóng xung kích từ sự nổ của bong bóng trong nước có mối quan hệ trực tiếp với kích thước bong bóng Kích thước bong bóng tỉ lệ nghịch với tần số sóng siêu âm, nghĩa là tần số thấp tạo ra bong bóng lớn hơn Sóng tần số thấp có thời gian giữa các búp sóng dài, cho phép hình thành bong bóng lớn hơn Số lượng bong bóng tăng lên khi tần số sóng tăng Trong điều kiện công suất đầu vào không đổi, bong bóng ở tần số thấp có khả năng kích nổ mạnh hơn so với bong bóng ở tần số cao.

Nhiệt độ dung dịch ảnh hưởng đáng kể đến cường độ tẩy rửa Khi nhiệt độ quá cao, áp suất trong bọt khí tăng, dẫn đến giảm lực va đập trong quá trình xâm thực Ngược lại, nếu nhiệt độ quá thấp, sẽ có hiện tượng ngưng tụ chất lỏng trên bề mặt, gây ăn mòn chi tiết Do đó, nhiệt độ lý tưởng cho dung dịch tẩy rửa thường được duy trì trong khoảng 30-50ºC, tùy thuộc vào loại chi tiết cần xử lý.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến nhiều yếu tố của dung dịch, bao gồm độ nhớt, khả năng hòa tan khí và áp suất hơi Đối với nước tinh khiết, mức độ tạo bong bóng đạt cực đại ở khoảng 160ºF Ngoài ra, độ nhớt của chất lỏng có thể làm giảm hiệu suất tạo bong bóng, và hầu hết các loại chất lỏng sẽ có độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng.

Hóa chất đóng vai trò quan trọng trong quá trình tẩy rửa, ảnh hưởng đến chất lượng và thời gian làm việc với chi tiết Việc lựa chọn hóa chất phù hợp là yếu tố then chốt giúp hoàn thành công việc tẩy rửa một cách hiệu quả và nhanh chóng.

Hình 2.8 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ và hóa chất đến quá trình tẩy rửa[10]

Bảng 2-1 Một số dung dịch tẩy rửa cho một số vật liệu[14]

Dung dich rửa Thành phần

Kim loại cần làm sạch Ứng dụng

5 – 25 g/l 50ºC Thép Rửa các chi tiết rất bẩn Thủy tinh lỏng 20g/l 50ºC Thép Rửa các chi tiết rất bẩn

Rửa các chi tiết rất bẩn

50ºC Thép rỉ Rửa các chi tiết rất bẩn

Hợp kim thép, Crom, Nikel, Modiplen

Làm bóng bề mặt của Nhôm

50g/l 40-60 ºC Nhôm Làm bóng bề mặt của nhôm

Công suất siêu âm phân phối là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả làm sạch trong bể Để làm sạch hiệu quả, công suất siêu âm cần phải đủ để loại bỏ toàn bộ chất bẩn trên bề mặt với thể tích dung dịch tối ưu Đơn vị đo thường dùng là watts/gallons, cho thấy mức công suất siêu âm cần thiết cho bể làm sạch Khi thể tích bể tăng, lượng watt/gallon cũng cần được điều chỉnh tương ứng để đạt hiệu suất yêu cầu Đối với các bộ phận lớn hoặc có diện tích bề mặt lớn, có thể cần thêm nguồn siêu âm để đảm bảo hiệu quả Tuy nhiên, công suất quá mức có thể gây xói mòn hoặc "đốt cháy" bề mặt của các bộ phận kim loại mềm.

Sự ảnh hưởng của công suất phân phối lên thể tích dung dịch rất quan trọng trong quá trình rửa Thời gian rửa phù hợp cho từng loại chất bẩn, vết bám phụ thuộc vào mức độ của chúng Hiệu quả của hóa chất làm sạch cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, với hiệu ứng sủi bong bóng tối đa đạt được trong nước tinh khiết ở khoảng 160°F Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả làm sạch tối ưu, nhiệt độ thực tế thường cao hơn hoặc thấp hơn mức này.

Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của hóa chất làm sạch, với mỗi loại hóa chất hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ khuyến cáo Mặc dù hiệu ứng siêu âm tối đa đạt được ở 160°F, nhưng một số chất tẩy rửa ăn mòn cần nhiệt độ từ 180°F đến 190°F để phát huy tối đa hiệu quả hóa học Ngược lại, nếu sử dụng hóa chất ở nhiệt độ dưới 140°F, chúng có thể bị phá vỡ và mất hiệu quả Do đó, để đạt được hiệu quả tốt nhất, nên sử dụng hóa chất ở nhiệt độ tối đa không vượt quá 190°F.

2.3.2.3 Quá trình làm sạch bằng công nghệ rửa siêu âm [10]

BIẾN TỬ SIÊU ÂM

Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của biến tử siêu âm sử dụng

3.1.1 Nguyên lý hoạt động của biến tử siêu âm

An ultrasound transducer generates high-power ultrasonic waves using either the magnetostrictive effect or the piezoelectric effect.

Cảm biến từ giảo hoạt động dựa trên hiệu ứng từ giảo, một hiện tượng dao động cơ học của các vật liệu sắt từ như sắt, nikel, cobal và một số hợp kim của chúng Khi cường độ từ trường thay đổi, những vật liệu này sẽ phát ra sóng siêu âm Hiệu ứng này được phát hiện vào những năm 1930 và nhanh chóng được ứng dụng trong kỹ thuật siêu âm trong các thập kỷ sau đó Khi dòng điện xoay chiều được áp dụng, vật liệu sắt từ sẽ co giãn kích thước, tạo ra các sóng đứng trên bề mặt với tần số tương ứng với từ trường.

Quá trình hình thành sóng siêu âm từ hiệu ứng từ giảo (Magnetostrictive) diễn ra thông qua việc chuyển đổi năng lượng điện thành từ trường.

Quá trình chuyển đổi năng lượng sóng cơ học sang năng lượng điện thường gặp khó khăn do hiệu suất thấp của các cảm biến từ giảo, đặc biệt khi hoạt động ở tần số cao sẽ dẫn đến suy hao năng lượng lớn Tuy nhiên, các vật liệu sắt từ hoặc có tính từ lại có đặc tính cơ học vượt trội, cho phép tạo ra công suất lớn và chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt Để khắc phục những nhược điểm này, các nhà khoa học đã phát triển thiết bị chuyển đổi Langevin sử dụng hiệu ứng áp điện (Piezoelectric), mang lại hiệu suất cao hơn trong quá trình chuyển đổi năng lượng.

Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng từ giảo[11]

Cảm biến áp điện, được phát triển vào những năm 1940, nổi bật với công suất lớn, độ bền cơ học cao và tính ổn định tần số vượt trội.

Một số vật liệu tinh thể có hiện tượng áp điện, khi bị giãn cơ học hoặc biến dạng do lực tác động bên ngoài, sẽ xuất hiện điện tích trên bề mặt Khi lực tác động được thay đổi, cực của điện tích cũng sẽ đảo ngược Các tinh thể này được phân loại là tinh thể áp điện.

Hình 3.3 Hiệu ứng thuận của tinh thể áp điện [12]

Khi tinh thể áp điện được đặt trong một điện trường hoặc khi có điện áp được cung cấp lên bề mặt của nó, tinh thể sẽ xảy ra biến dạng, chẳng hạn như thay đổi kích thước Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng áp điện ngược.

Hình 3.4 Hiệu ứng ngƣợc của tinh thể áp điện [12]

Ngày nay, hầu hết các biến từ siêu âm đều sử dụng tinh thể áp điện để tạo ra sóng siêu âm Trong luận văn này, biến tử siêu âm mà em nghiên cứu cũng áp dụng công nghệ tinh thể áp điện.

3.1.2 Cấu tạo biến tử siêu âm

Biến tử siêu bao gồm hai phần chính: lõi cảm biến áp điện và phần kim loại cộng hưởng tần số Phần kim loại thường được chế tạo từ các vật liệu có tính từ giảo như sắt, niken, coban và các hợp kim của chúng, cho phép chúng thay đổi kích thước dưới tác dụng của điện trường hoặc từ trường Lõi cảm biến áp điện, hay còn gọi là Piezoelectric (PZT), được cấu tạo từ ba thành phần kim loại hóa học chính: chì (Pb), zirconia và titan Khi có điện tích đặt trên hai điện cực của cảm biến, lớp gốm và kim loại sẽ tương tác để tạo ra tín hiệu.

29 sẽ chịu một lực xoắn lớn, lực chủ yếu xuất hiện trên bề mặt và tạo ra những dao động sóng đứng

Hình 3.5 Hình ảnh cảm biến áp điện thông thường

Khi gắn chặt cảm biến vào tấm thép, tấm thép sẽ dao động và tạo ra sóng cơ có công suất lớn, truyền theo phương vuông góc với trục của transducer Để sóng cơ truyền tới bể rửa đạt hiệu quả cao, cần gắn chặt cảm biến với đáy bể hoặc nhúng trực tiếp phần lõi sắt vào bể rửa.

Để chế tạo và thiết kế máy rửa siêu âm hiệu quả, việc hiểu rõ các thông số cơ bản của biến tử siêu âm là rất quan trọng Khi cảm biến PZT được áp dụng điện áp, kích thước của nó sẽ biến dạng, và ngược lại, khi cảm biến bị biến dạng, nó sẽ sinh ra điện áp Dưới đây là bảng mô tả các thông số từ nhà sản xuất.

Bảng 3-1 Thông số cơ bản của biến tử siêu âm

Chiều rộng bề mặt 45mm Điện trở cộng hưởng 10 – 25 Ohm

Nguồn cung cấp Input: 100V~130V or 220V~240V AC

Vật liệu Thép không gỉ

Nhà sản xuất đã tính toán hợp lý kết cấu và độ dày của biến tử siêu âm, nhằm tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của nó.

Hình 3.6 Kích thước và cắt lớp của biến tử siêu âm SKU392264

Để thiết kế máy rửa siêu âm, việc đo tần số cộng hưởng và trở kháng của biến tử siêu âm là rất cần thiết Chúng tôi sử dụng thiết bị NI ELVIS II, một công cụ hữu ích cho việc thiết kế và thực hiện các mạch điện, điều khiển, và thí nghiệm điện tử Thiết bị này kết nối với máy tính qua cổng USB và tích hợp nhiều thiết bị ảo như Oscilloscope, Digital Multimeter, Function Generator, và Bode Analyzer Môi trường phần mềm LabVIEW cho phép tích hợp Multisim và MultiMCU, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn và sử dụng các thiết bị ảo chỉ bằng một cú nhấp chuột.

Hình 3.8 Thiết bị NI ELVIS II

Ta có một biến tử siêu âm tương đương với một mạch LC cộng hưởng

Với hai cực điện ở 2 bên áp điện tạo thành một tụ điện và khối thép không gỉ cộng hưởng hoạt động giống như một điện cảm

Hình 3.9 (a)Một transducer, (b) mạch tương đương trong transducer,

(c,d)mạch tương đương khi cộng hưởng song song [17][18]

Hình 3.8b mô tả các thành phần trong transducer bao gồm điện dung tĩnh (C0), điện dung động (C), độ tự cảm động (L) và điện trở động (R) Khi mạch cộng hưởng song song, nó sẽ tương đương với hình 3.8c Để đơn giản hóa, chúng ta chuyển đổi thành sơ đồ tương đương như trong hình 3.8d.

Như sơ đồ tương đương hình 3.8 thì ta sẽ có trở kháng của transducer được tính nhƣ sau [17]:

(3)  Transducer là tải có tinh dung kháng

Khảo sát bằng thiết bị NI ELVIS II ta đo đƣợc trở kháng tại tần số cộng hưởng f 9,6khz ; Z ,88Ώ Theo thông số nhà sản xuất điện trở cộng hưởng R’ = 10 – 20 Ώ

(4)  Điện trở động R = 15,46 Ώ tại tần số cộng hưởng f 9,6 Khz

Để khảo sát trở kháng và tần số cộng hưởng, cần thiết lập sơ đồ mạch đo như trong hình 3.10 Quá trình này bắt đầu bằng việc sử dụng nguồn phát tín hiệu từ máy phát xung.

Bể rửa

Bể rửa siêu âm là phần quan trọng trong máy rửa siêu âm, đóng vai trò chứa dung dịch tẩy rửa và các chi tiết cần làm sạch Thiết kế của bể rửa siêu âm phải phù hợp với công suất của máy phát tần số Biến tử siêu âm có thể được gắn ở đáy, hông hoặc bên trong bể tùy thuộc vào mục đích sử dụng; trong thiết kế này, biến tử được gắn dưới đáy bể Sóng siêu âm do transducer phát ra sẽ truyền qua lõi thép không gỉ, sau đó lan tỏa đến đáy bể inox và tạo dao động trong dung dịch Bể rửa siêu âm mà tôi sử dụng có thể tích 2 lít và được chế tạo từ chất liệu inox.

Hình 3.13 Vị trí biến tử siêu âm được đặt ở phía dưới đáy bể

THIẾT KẾ MẠCH PHÁT CAO TẦN

Thiết kế mạch tạo xung PWM

Mạch tạo tín hiệu cung cấp tín hiệu xung siêu âm cho mạch công suất, hoạt động theo chế độ đóng ngắt với thời gian nhất định (Ton) và tần số thấp hơn tần số cộng hưởng của nó Để điều chỉnh tần số và độ rộng xung, bài luận văn này sử dụng IC SG3525, một IC tạo xung PWM với hai đầu ra lệch pha 180º, được sản xuất bởi các nhà sản xuất nổi tiếng như ST Microelectronics, Fairchild Semiconductors và On Semiconductor.

Hình 4.2 Sơ đồ chân IC SG3525A [6]

PWM được áp dụng trong điều khiển mạch công suất và mạch lái MOSFET, với các ứng dụng phổ biến như điều khiển động cơ, bộ chuyển đổi DC-DC, bộ biến tần DC-AC và bộ điều chỉnh đèn IC SG3525 được sử dụng rộng rãi trong các bộ chuyển đổi DC-DC, biến tần, hệ thống UPS tại nhà, bộ biến tần năng lượng mặt trời, nguồn điện, sạc pin và nhiều ứng dụng khác Hình 4.2 cung cấp mô tả chi tiết về IC SG3525.

Hình 4.3 Sơ đồ khối của IC3525A [6]

Chân 1 (đầu vào đảo) và chân 2 (đầu vào không đảo) của bộ khuếch đại sai số hoạt động như một bộ so sánh, kiểm soát việc tăng hoặc giảm chu kỳ xung dựa trên mức điện áp đầu vào tại hai chân này.

 Khi điện áp đầu vào đảo (chân 1) lớn hơn điện áp đầu vào không đảo (chân 2), chu kỳ xung sẽ giảm

 Ngƣợc lại khi đầu vào điện áp không đảo (chân2) lớn hơn đàu vào đảo (chân 1), chu kỳ xung sẽ tăng

 Chân 3 (Sycn): dùng để kết hợp với các bộ ổn áp xung khác để hoạt động đồng bộ

 Chân 4 (OSC ouput): Xuất ra tín hiệu tần số dao động

 Chân 5 (CT): Tụ điều chỉnh tần số dao động

 Chân 6 (RT): Điện trở điều chỉnh tần số dao dộng

 Chân 7 (Discharge ): RD điều chỉnh thời gian deadtime

 Chân 8 (Soft-start ): Chân này có chức năng khởi động mềm

 Chân 9 ( COMP): là chần bù, hiệu chỉnh, nó đƣợc kết hợp với chân 1 để cung cấp sự hiệu chỉnh

Chân 10 (Shutdown) cho phép bật PWM ở mức thấp và ngay lập tức đặt chốt PWM khi chốt này cao, mang lại tín hiệu tắt nhanh nhất cho đầu ra Đồng thời, tụ điện khởi động mềm được xả với nguồn dòng 150 µA.

 Chân 11 và chân 14 là đầu ra của các xung PWM, 2 chân này có xung lệch pha 180º

 Chân 12 (Ground): Chân kết nối với ground của mạch nguồn

 Chân 13 là VC - điện áp cung cấp cho giai đoạn trình điều khiển

SG3525 Nó đƣợc kết nối với các collector của các bóng bán dẫn NPN trong giai đoạn cực đại đầu ra

 Chân 15 là VCC - điện áp cung cấp cho SG3525 làm cho nó chạy

Chân 16 của SG3525 là đầu ra từ mô-đun tham chiếu điện áp nội bộ, được thiết kế với điện áp đầu ra là +5.1V và độ chính xác đạt ± 1%.

Tần số của PWM được xác định bởi việc điều chỉnh tụ điện và điện trở Tụ điện điều chỉnh được kết nối giữa chân 5 và đất, trong khi điện trở điều chỉnh được kết nối giữa chân 6 và các thành phần khác trong mạch.

Điện trở RD nằm giữa chân 5 và chân 7 có vai trò quan trọng trong việc xác định thời gian deadtime và ảnh hưởng đến tần số Các đơn vị của R_T và R_D là Ohm (Ω), trong khi C_T được đo bằng Farad (F) và tần số f tính bằng Hertz (Hz).

Một flip-flop được đặt trước tầng điều khiển sẽ làm giảm tần số đầu ra xuống một nửa so với tần số dao động tính toán Chẳng hạn, nếu cần tần số 5kHz để điều khiển FET, thì tần số lái FET sẽ là 5kHz, dẫn đến tần số dao động là 10kHz.

Sau đây là một số thông số quan trọng của nhà sản xuất đƣa ra mà chúng ta cần chú ý [6]

Bảng 4-1 Các chỉ số tối đa mà IC SG3525A có thể cung cấp

Ký hiệu Tham số Giá trị Ghi chú

V C Điện áp cung cấp chân collector

Io Dòng đầu ra 500mA

T on Độ rộn xung 0%VDD

SD Đầu vào logic dùng để bật tắt IC VSS -> VDD

LIN Xung đầu vào cho điểu khiển FET ở mức thấp VSS-> VDD

VS Nguồn cung hồi tiếp mức cao 20V

LO Đầu ra lái FET mức thấp 0 -> VCC

HO Đầu ra lái FET mức cao VS -> VB

COM Chân trở về mức thấp

VB Điện áp tuyệt đối bên tải mức cao VS÷10 -> VS÷20

Khi thiết kế mạch với IC 2110, cần lưu ý rằng việc điều khiển MOSFET sử dụng cơ chế boostraps có thể tạo ra điện áp kích FET phía trên cao hơn nguồn cấp, đặc biệt khi nguồn là điện áp thấp, với khả năng lên tới hàng trăm Volts (ví dụ như IR2110 có thể đạt 500V) Ngoài ra, chân VSS và COM cũng cần được nối xuống mass để đảm bảo hoạt động ổn định của mạch.

Hình 4.8 Sơ đồ mạch điều khiển MOSFET sử dụng IC IR2110 [12]

Trong sơ đồ mạch hình 4.8 HIN, đầu vào xung PWM A và PWM B được tạo ra từ mạch dao động, với các tụ lọc nguồn C2, C3, C4 Đặc biệt, tụ boostrap C1 đóng vai trò quan trọng; khi MOSFET Q2 bật và Q1 tắt, điểm Out giảm xuống gần GND, cho phép tụ C1 nạp điện qua diode D1 Trong nửa chu kỳ tiếp theo, khi Q2 tắt, IC2110 điều khiển Q1 mở, cho phép nguồn từ tụ C1 được xả Quá trình boostrap này sẽ lặp lại liên tục.

Hình 4.9 Dạng tín hiệu đầu ra chan LO của IR2110

Thiết kế mạch công suất

Mạch công suất có chức năng khuếch đại tín hiệu lên hàng chục Watts đến kWatts Trong luận văn này, tôi sử dụng mạch nửa cầu H để khuếch đại công suất, với ưu điểm dễ thiết kế và không cần biến áp xung Mạch yêu cầu đầu ra công suất tối thiểu 120W và điện áp hiệu dụng cung cấp là 110V.

Một trong nhưng lưu ý quan trọng là dòng đỉnh chạy qua FET là IPeak-Average cần tính toán để chọn MOSFET phù hợp tránh gây hỏng hóc linh kiện

Trong đó: Pout là công suất đầu ra

Eff là hiệu suất làm việc Vin là điện áp đầu vào

D là chu kỳ làm việc

Với thông số bài toán là công suất Pout = 120W, Vin V, D = 50%, giả sử Eff = 90%

 Dòng đỉnh trung bình vẫn nằm trong mức cho phép của MOSFET nhƣng dòng địch thực sự của nó có thể lên rất cao

Công suất tiêu tốn cho MOSFET có thể tính nhƣ sau :

PTH = P(control) + P(leakage) + P(Rds_on) + P(switch) (2*)

P (control) - Công suất tiêu thụ cho mạch điều khiển đầu vào Mosfet

P(leakage) - Công suất tiêu thụ do dòng rò của Mosfet

P (Rds_on) - Công suất tiêu thụ khi Mosfet ở trạng thái on (phụ thuộc chủ yếu vào Rds(on) và Uds(on) của Mosfet)

Công suất chuyển mạch (P(switch)) phụ thuộc vào điện áp trên Mosfet khi ở trạng thái tắt (V off), dòng điện dẫn khi Mosfet ở trạng thái bật, và tần số chuyển mạch.

Ta có P(Rds_on) = HS-R ds_on *I 2 out + LS- R ds_on *I 2 out (3*)

Trong đó: HS-Rds_on là high-side Rds_on , LS- R ds_on là low_side R ds_on , I out là dòng ra trung bình

Khi tính toán công suất tổn hao trong quá trình chuyển mạch từ trạng thái on sang off, ta cần xem xét thời gian chuyển t fall, trong đó điện áp giảm từ Vds_off xuống 0 và dòng điện tăng từ 0 lên Ids_on.

 Phương trình của điện áp: V(t) = V d * (1-t/t fall ) 0