TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Nội dung: Vẽ mạch mạch điện phần mềm Multisim Mơ tả phân tích kết Giảng viên hướng dẫn : Hoàng Quang Huy Sinh viên thực : Nguyễn Văn Thuận MSSV : 20110841 Lớp KT Cơ điện tử Lê Văn Tú MSSV : 20093187 Lớp KT Cơ điện tử (Hà nội tháng 3/2014) Mechatronics TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Nội dung báo cáo Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Mạch chỉnh lưu cầu Mạch chỉnh lưu chu kỳ có điểm Mạch chỉnh lưu nhân điện áp Mạch hạn mức dùng Diode bán dẫn 5.1 Mắc nối tiếp 5.1.a Mạch hạn chế mức 5.1.b Mạch hạn chế mức 5.2 Mắc song song 5.2.a Mạch hạn chế mức 5.2.b Mạch hạn chế mức 5.2.c Mạch hạn chế trên-dưới Mạch định mức (clamper) Mạch ổn áp dùng Diode Zener Các linh kiện báo cáo :      Mechatronics Điện trở tải Rt : 10÷1000 (Ω); Nguồn xoay chiều U: 12V,120V(Đối với mạch hạ áp) Tần số f: 50Hz Nguồn chiều E : 7÷15V Dung kháng tụ C: 1,10,100,1000 (µF); Diode : Diode thường Diode Zener lý tưởng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ  Sơ đồ : Hình Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ khơng dùng tụ lọc (trái) có tụ lọc(phải)  Descriptions : + Nửa chu kỳ đầu (𝑈𝑣à𝑜 >0) Diode D1 phân cự thuận  𝑈𝑣à𝑜 = 𝑈𝑟𝑎 + Nửa chu kỳ sau (𝑈𝑣à𝑜 ≤ 0) Diode D1 phân cực ngược   𝑈𝑟𝑎 = Biểu diễn Oscilloscope Mechatronics TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Hình Biểu diễn Oscilloscope có tụ lọc( phải) chưa có tụ lọc (trái)  Note : Khi có thêm tụ lọc ( thực chất tụ lọc tụ có giá trị điện dung cao) + T/4 chu kỳ đầu tụ nạp có dịng qua Diode + T/40) D1&D3 phân cực ngược, D2&D4 phân cực thuận => 𝑈𝑣à𝑜 = 𝑈𝑟𝑎 + Nửa chu kỳ sau (𝑈𝑣à𝑜 ≤ 0) D1&D3 phân cực thuận, D2&D4 phân cực ngược =>𝑈𝑟𝑎 = −𝑈𝑣à𝑜 + Trường hợp có tụ : Tương tự chỉnh lưu nửa chu kỳ Mục đích tụ nạp phóng để trì điện áp đầu  Ta có biểu diễn Oscilloscope: Mechatronics TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BM CƠNG NGHỆ Y SINH Hình Oscilloscope mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc( phải) khơng tụ lọc(trái) 𝑈𝑟𝑎 = 11,588V ≃ 𝑈𝑣à𝑜 = 11,789𝑉 Mạch chỉnh lưu chu kỳ có điểm  Sơ đồ : Hình Mạch chỉnh lưu chu kỳ có điểm có tụ lọc(phải) khơng tụ lọc(trái)  Descriptions : + Nửa chu kỳ đầu (𝑈𝑣à𝑜1 >0, 𝑈𝑣à𝑜2 0) Tụ C1 nạp đến giá trị 𝑈𝑚 D1 phân cực thuận, D2 phân cực ngược  Tụ C2 không nạp , 𝑈𝑟𝑎 = + Nửa chu kỳ sau (𝑈𝑣à𝑜 >0) Tụ C1 vừa thu vừa phóng điện D1 phân cực ngược,D2 phân cực thuận  Tụ C2 nạp đến giá trị : 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝐶2 = 2𝑈𝑚  Ta có biểu diễn Oscilloscope : Mechatronics TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BM CƠNG NGHỆ Y SINH Hình Oscilloscope cho mạch chỉnh lưu nhân đôi điện áp + Từ đồ thị oscilloscope thấy đầu phải sau giá trị chu kỳ nT( giá trị chu kỳ phụ thuộc vào độ lớn dung kháng tụ) dần vào ổn đinh, giá trị tính đến cớ khoảng ms (mili giây) nên nhanh Có thể thấy vào ổn định: 𝑈𝑟𝑎 ≃ 22,254𝑉, 𝑈𝑣à𝑜 = 12𝑉 => 𝑈𝑟𝑎 ≃ 𝑈𝑣à𝑜 Mạch hạn mức dùng Diode bán dẫn 5.1 Mắc nối tiếp 5.1.a Mạch hạn chế mức  Mạch hạn chế mức dương  Sơ đồ : Mechatronics TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH XSC1 Ext Trig + _ B A + _ + _ D V 12 Vrms 50 Hz 0° R2 1.0kΩ V2 7V Hình Mạch hạn chế mức dương  Descriptions : + Khi 𝑈𝑣à𝑜 > E => Diode phân cự thuận => 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 + Khi 𝑈𝑣à𝑜 ≤ 𝐸 => Diode phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝐸 Note : Điện trở R có chức tránh đoản mạch trường hợp 𝑈𝑣à𝑜 = 𝐸  Biểu diễn Oscilloscope : Mechatronics TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CƠNG NGHỆ Y SINH Hình 10 Oscilloscope cho mạch hạn chế mức dương Kết cho thấy phân tích , trường hợp kết lý tưởng : Khi 𝑈𝑣à𝑜 ≤ 𝐸 => Diode phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝐸=7V  Mạch hạn chế mức âm  Sơ đồ : Mechatronics 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BM CƠNG NGHỆ Y SINH Hình 16 Oscilloscope cho mạch hạn chế mức âm 5.2 Mắc song song 5.2.a Mạch hạn chế mức  Mạch hạn chế mức dương  Sơ đồ : Mechatronics 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH XSC1 Ext Trig + _ B A + _ + _ R2 1.0kΩ V 12 Vrms 50 Hz 0° D1 V1 7V Hình 17 Mạch hạn chế mức dương  Descriptions : + Khi 𝑈𝑣à𝑜 >E => Diode phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 + Khi 𝑈𝑣à𝑜 ≤E => Diode phân cực thuận => 𝑈𝑟𝑎 = E Note : Điện trở R có chức tránh đoản mạch trường hợp 𝑈𝑣à𝑜 = 𝐸  Biểu diễn Oscilloscope : Mechatronics 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Hình 18 Oscilloscope cho mạch hạn chế mức dương Với mạch cho hình vẽ : Các giá trị Oscilloscope cho kết giống thực tê, tức trường hợp : 𝑈𝑣à𝑜 ≥E 𝑈𝑟𝑎 = E = V1 + 0.7  Mạch hạn chế mức âm  Sơ đồ :  Descriptions : + Khi 𝑈𝑣à𝑜 >-E => Diode phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 + Khi 𝑈𝑣à𝑜 ≤-E => Diode phân cực thuận => 𝑈𝑟𝑎 = -E Mechatronics 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Note : Điện trở R có chức tránh đoản mạch trường hợp 𝑈𝑣à𝑜 = −𝐸  Biểu diễn Oscilloscope : 5.2.b Mạch hạn chế mức  Mạch hạn chế mức dương  Sơ đồ : XSC1 Ext Trig + _ B A + _ + _ R2 1.0kΩ V1 12 Vrms 50 Hz 0° D2 V2 7V Hình 19 Mạch hạn chế mức dương  Descriptions : + Khi 𝑈𝑣à𝑜 ≥E => Diode phân cực thuận => 𝑈𝑟𝑎 = 𝐸 + Khi 𝑈𝑣à𝑜 Diode phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 Note : Điện trở R có chức tránh đoản mạch trường hợp 𝑈𝑣à𝑜 = 𝐸  Biểu diễn Oscilloscope : Mechatronics 19 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BM CƠNG NGHỆ Y SINH Hình 20 Oscilloscope cho mạch hạn chế mức dương Các giá trị Oscilloscope cho kết giống thực tê, tức trường hợp : 𝑈𝑣à𝑜 ≥E 𝑈𝑟𝑎 = E = V1 + 0.712 (V)  Mạch hạn chế mức âm  Sơ đồ : Mechatronics 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH XSC1 Ext Trig + _ B A + _ + _ R2 1.0kΩ V 12 Vrms 50 Hz 0° D V1 7V Hình 21 Mạch hạn chế mức âm  Descriptions : + Khi 𝑈𝑣à𝑜 ≥-E => Diode phân cực thuận => 𝑈𝑟𝑎 = −𝐸 + Khi 𝑈𝑣à𝑜 Diode phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 Note : Điện trở R có chức tránh đoản mạch trường hợp 𝑈𝑣à𝑜 = −𝐸  Biểu diễn Oscilloscope : Mechatronics 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Hình 22 Biểu diễn Oscilloscope mạch hạn chế âm Ta dễ dàng thấy xác thực nghiệm lý thuyết, kết cho thấy thực nghiệm 𝑈𝑣à𝑜 ≥-E 𝑈𝑟𝑎 = −𝐸 − 0,7 (V) 5.2.c Mạch hạn chế trên-dưới  Mạch hạn chế dùng Diode thường  Sơ đồ : Mechatronics 22 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH XSC1 Ext Trig + _ B A + _ + _ R1 1.0kΩ V1 D1 12 Vrms 50 Hz 0° V2 11 V D2 V3 -9 V Hình 23 Mạch hạn chế dùng Diode thường  Descriptions : + Khi 𝑈𝑣à𝑜 ≥E1 => Diode D1 phân cực thuận, D2 phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝐸1 + Khi −E2 < Uvào Diode D2 phân cực ngược,D1 phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 + Khi Uvào ≤ −E2 => Diode D2 phân cực thuận ,D1 phân cự ngược => 𝑈𝑟𝑎 = − E2 Note : Điện trở R có chức tránh đoản mạch trường hợp 𝑈𝑣à𝑜 = 𝐸1 𝑈𝑣à𝑜 = −𝐸2  Biểu diễn Oscilloscope : Mechatronics 23 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BM CƠNG NGHỆ Y SINH Hình 24 Biểu diễn Oscilloscope cho mạch hạn chế dùng Diode thường Từ Biểu diễn Oscilloscope cho ta kết giống so với nghiên cứu lý thuyết : Với mạch có : Uv=12V,f=50Hz Rt = 1KΩ V2=11V,V1=-9V Ta có kết : + Thời điểm 𝑈𝑣à𝑜 > 11,698: 𝑈𝑟𝑎 = V2+0.698 + Thời điểm -9,702 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑍1 + Khi −𝑈𝑍2 < 𝑈𝑣à𝑜 < 𝑈𝑍1 => D𝑍1 , D𝑍2 𝑝ℎâ𝑛 𝑐ự𝑐 thuận ( lúc D𝑍1 , D𝑍2 𝑐ó 𝑡á𝑐 dụng dây dẫn điện hở mạch ) => 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 + Khi 𝑈𝑣à𝑜 ≥ −𝑈𝑍2 => D𝑍1 phân cực ngược, D𝑍1 không phân cực ( lúc D𝑍1 𝑐ó 𝑡á𝑐 dụng dây dẫn điện hở mạch) => 𝑈𝑟𝑎 = −𝑈𝑍2  Biểu diễn Oscilloscope : Mechatronics 25 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CƠNG NGHỆ Y SINH Hình 26 Biểu diễn Oscilloscope cho mạch hạn chế dùng Diode Zener Nhận xét : Biểu diễn Oscilloscope cho mạch hạn chế dùng Diode Zener cho kết giống sử dụng diode thường Mạch định mức (clamper)  Sơ đồ : Mechatronics 26 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH XSC1 Ext Trig + _ B A + V 24 Vrms 50 Hz 0° + _ C R1 1.0kΩ _ Dz1 12 V 100µF Dz2 12 V D Rt 1000Ω Hình 27 Mạch định mức dương  Descriptions : Trên sơ đồ mạch định mức (Clamper) với nguồn đầu vào tiếp nhận thông qua mạch hạn chế dùng Diode Zener Chúng ta hiểu sau : + Trong thời gian nửa chu kỳ đầu 𝑈𝑣à𝑜 >0 tụ C nạp đến giá trị 𝑈𝑚 ( giá trị điện lớn 𝑈𝑣à𝑜 ) Diode D phân cực ngược , thời gian 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 + Trong thời gian nửa chu kỳ sau 𝑈𝑣à𝑜 0 lúc tụ tích đầy đến 𝑈𝑚 ( đổi cực ) , Lúc 𝑈𝑟𝑎 = 2𝑈𝑚 + Nhưng đến thời gian nửa chu kỳ (thuộc chu kỳ )thì tụ bắt đầu phóng dần lúc mà điện đổi pha 𝑈𝑡ổ𝑛𝑔 =0 => 𝑈𝑟𝑎 = Các chu kỳ có dạng : Mechatronics 27 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH T/2 đầu : = > 𝑈𝑟𝑎 = 2𝑈𝑚 T/2 sau : => 𝑈𝑟𝑎 =  Biểu diễn Oscilloscope : Hình 28 Biểu diễn Oscilloscope cho mạch định mức dương Từ đồ thị kết khảo sát với Oscilloscope thấy trường hợp sai lệch rõ , nhiên giải thích sau : Về mức tính tốn : 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 + 𝑈𝑚 = 2𝑈𝑚 (LÝ THUYẾT ) Nhưng thực tế khảo sát : 𝑈𝑣à𝑜 = 12,535V (tính 𝑈𝑣à𝑜 từ sau qua mạch hạn chế dùng Diode zener.) 𝑈𝑟𝑎 = 19.224 𝑉 ≃ 1.54 𝑈𝑣à𝑜 Mechatronics 28 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Giải thích : Thực tế có điện trở Diode zener, điện trở nguồn, tụ , lần sai số kéo theo lệch kết đầu Về kết đầu không sai khác so với điều kiện lý tường bao => chấp nhận Mạch ổn áp dùng Diode Zener  Sơ đồ : XSC1 Ext Trig + _ B A + D3 Uv _ + _ D1 MBA Ro 120 Vpk 50 Hz 0° 50Ω 10:1 D2 D4 DZ 5V Rt 100kΩ Hình 29 Mạch ổn áp dùng Diode zener  Descriptions : + Khi 0≤ E≤𝑈𝑍 => Diode Zener không phân cực => 𝑈𝑟𝑎 = 𝐸 + Khi E ≥ 𝑈𝑍 => Diode Zener phân cực ngược => 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑍  Biểu diễn Oscilloscope : Mechatronics 29 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BM CƠNG NGHỆ Y SINH Hình 30 Biểu diễn Oscilloscope cho mạch ổn áp dùng Diode Zener Kết cho thấy Sau Diode Zener điện áp ổn định khảng ngắt quãng thu hẹp lại đáng kể 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑍 = 5,032 ( E ≥ 𝑈𝑍 ) Mechatronics 30 ... BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Nội dung báo cáo Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Mạch chỉnh lưu cầu Mạch chỉnh lưu chu kỳ có điểm Mạch chỉnh lưu nhân điện áp Mạch hạn mức... BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM CÔNG NGHỆ Y SINH Hình 10 Oscilloscope cho mạch hạn chế mức dương Kết cho thấy phân tích , trường hợp kết lý tưởng : Khi