do an dien tu ung dung on ap buck dung ic555 861

Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 1

PHẦN A : PHẦN LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về ổn áp xung:

1.1 Khái niệm: Ổn áp xung còn gọi là ổn áp đóng ngắt, là ổn áp dựa trên nguyên lý hồi tiếp (nguyên

lý bù), trong đó phần tử điều chỉnh làm việc ở chế độ xung. Ổn áp xung có những ưu điểm vượt trội so với ổn áp tuyến tính như sau:

Ưu điểm: - Có tổn hao ít nên hiệu suất cao (thường trên 80%) - Độ ổn định cao do phần tử điều khiển làm việc ở chế độ xung - Thể tích và trọng lượng bộ nguồn nhỏ Nhược điểm chính của ổn áp xung: - Phân tích, thiết kế phức tạp - Bức xạ sóng, can nhiễu trong dải tần số rộng do đó cần có bộ lọc xung ở ngõ vào

nguồn và bộ nguồn phải được bọc kim. 1.2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của ổn áp xung: 1.2.1. Sơ đồ khối:

Nguồn DC chưa ổn định

Phần tử điều chỉnh Lọc Tải

Lấy mẫu So sánh Nguồn xung Điều chế

Điều chỉnh điện áp

1.2.2. Nguyên lý hoạt động:Nguồn DC chưa ổn định được đưa đến phần tử điều chỉnh làm việc như một khóa điện

tử. Khi khóa dẫn thì nguồn nối đến ngõ ra. Khi khóa tắt thì cắt nguồn DC ra khỏi mạch. Như vậy tín hiệu ở ngõ ra của khóa là một dãy xung, do vậy muốn có tín hiệu DC ra tải phải dùng bộ lọc LC. Tuỳ thuộc vào tần số và độ rộng của xung ở ngõ ra của khóa mà trị số điện áp 1 chiều trên tải có thể lớn hay nhỏ. Để ổn định điện áp DC trên tải, người ta thường so sánh nó với mức điện áp chuẩn. Sự sai lệch sẽ được biến đổi thành tín hiệu xung để điều khiển khóa điện tử. Có 3 phương pháp thực hiện tín hiệu điều khiển:

Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2


- Điều chế độ rộng xung: giữ tần số tín hiệu xung không đổi nhưng thay đổi độ rộng xung làm thay đổi điện áp ra. - Điều chế tần số xung: giữ độ rộng xung không thay đổi nhưng thay đổi chu kỳ tín hiệu xung làm thay đổi điện áp ra. - Điều chế xung: vừa thay đổi độ rông xung, vừa thay đổi độ rộng xung.

1.3 Phân loại ổn áp xung: có 4 loại ổn áp xung - Ổn áp Buck: là loại ổn áp có điện áp trung bình ngõ ra nhỏ hơn ngõ vào. - Ổn áp Boost: là loại ổn áp có điện áp trung bình ngõ ra lớn hơn ngõ vào. - Ổn áp Buck_Boost: là loại ổn áp có điện áp ngõ ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp ngõ vào. - Ổn áp Cuk: là ổn áp có điện áp ngõ ra có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp ngõ vào nhưng cực tính ngược với điện áp ngõ vào.

1.4 Ổn áp xung kiểu Buck:Ổn áp Buck là loại điện áp trung bình ngõ ra nhỏ hơn điện áp ngõ vào, hoạt động theo

phương pháp điều chế độ rộng xung. 1.4.1. Sơ đồ mạch:

C D

3

2

1

VO VS

L Q

1.4.2. Nguyên lý hoạt động:

Điều chế độ rộng xung K

Lấy mẫu

So sánh

Tạo điện áp chuẩn

Nguồn xung

Q làm việc như một khóa điện tử, đóng hoặc mở với tần số không đổi. Xung điều khiển có tần số f do khối tạo xung nhịp tạo ra. Phần điều khiển thực hiện việc so sánh điện áp ra với điện áp chuẩn, kết quả sự sai lệch đựơc khuếch đại lên. Mạch điều chế xung căn cứ vào sự sai lệch điện áp để điều chế độ rộng xung, tạo xung vuông có độ rộng thay đổi để đưa đến transistor điều khiển thời gian điều khiển của nó. Trong khoảng thời gian không tồn tại xung điều khiển, dòng ra được bảo đảm nhờ tụ C và cuộn cảm L.

Gọi tx là thời gian mở của transistor chuyển mạch.



Điện áp trung bình trên tải:

∫=xt

sdtvT

v0

01 = s

x VTt

⇒Tt

VV x

s=0

Vì: sx VVTt ≤≤⇒≤≤ 000 Vậy điện áp ra luôn nhỏ hơn điện áp vào. 1.4.3. Phương pháp tính toán ổn áp Buck: * Sơ đồ mạch:

iL

D Taûi

VS iO IO

Ñieàu khieån

iC

L

IC

C

Q 2

1

3

Hoạt động của mạch chia làm 2 mode: Mode 1: Ứng với thời gian BJT Q dẫn bão hòa ( 0≈CEsatV )

VO

-

Taûi iC

iO

VS CIC

+ LiS = iL

Bắt đầu khi Q dẫn ở tại thời điểm bằng t = 0, nếu bỏ qua thì CEsatV ⇒= sD VV D tắt.

Dòng ngõ vào chạy qua L, tụ C và tải. Điện áp qua L: dt

diLe LL =

Trong thời gian thì dòng cuộn dây tăng tuyến tính từ : 1t 21 II →

0

111

120 VV

ILttIL

tIILVVV

ssL −

Δ=⇒

Δ=

−=−= (1.1)



Mode 2: Trong khoảng thời gian t2.

VO

-

TaûiiC

iO

CIC

D

+ L

Bắt đầu khi Q tắt tại t = t1. Dòng qua L giảm đột ngột xuất hiện suất điện động tự

cảm có chiều như hình vẽ để chống lại sự giảm. Lúc này, D dẫn và L đóng vai trò là nguồn xả năng lượng từ trường qua L, C, D và tải. Dòng qua L giảm từ cho đến khi Q dẫn trở lại trong chu kì kế tiếp.

→

21 II →

Điện áp ngang qua L:

0

222

120 V

ILtt

ILt

IILVVLΔ

=⇒Δ

=−

== (1.2)

Từ (1) và (2) ta có:

)(

..

000021 VVV

VILV

ILVV

ILttTs

s

s −Δ

=Δ

+−Δ

=+= (1.3)

Mà: kVV

kVTT

VVs

sso =⇒== 00

Từ (3) suy ra: s

ss

s

s

VVV

VV

fLVVVV

LTI

)1(1)(

.

00

00−

=−

=Δ

fL

kVkI s)1( −=Δ (1.4)

IΔ : độ gợn dòng đỉnh - đỉnh của cuộn L IΔ càng bé thì dòng ra càng bằng phẳng Theo định luật Kirchoff’s: 0iii CL += ; 0iii CL Δ+Δ=Δ⇒ 0iΔ : dòng gợn sóng trên tải, rất nhỏ.

2Iii CL

Δ=Δ≈Δ⇒ (1.5)

Dòng trung bình trên tụ:

42

1 2

0

IdtIT

IT

CΔ

=Δ

= ∫ (1.6)

Điện áp trên tụ: ∫ =+= )0()(1)( tvdttiC

tv CCC



Điện áp gợn sóng đỉnh-đỉnh của tụ:

fCIdtI

Cdtti

CvtvVV

TT

CCCC 841)(1)0()(

2

0

2

00

Δ=

Δ==−=Δ=Δ ∫∫ (1.7)

Thay IΔ từ (4) vào (7), ta được:

LCfkVk

V sC 28

)1( −=Δ (1.8)

Từ (4) và (8) ta có thể chọn L, C nếu biết độ gợn dòng đỉnh - đỉnh của cuộn và độ gợn áp đỉnh - đỉnh của tụ bằng công thức sau:

IfkVk

L s

Δ−

=)1(

(1.9)

0

28)1(

VLfkVk

C s

Δ

−= (1.10)



* Dạng sóng: Vo sV t Li 1t 2t 2I 1I t si 2I 1I t Ci 02 II − t 01 II − 0vvC = 0v t 0i 0I t



2 Các thành phần của mạch:2.1 Vi mạch định thời IC 555:IC 555 gồm 2 mạch khuếch đại thuật toán SS1, SS2 thực hiện chức năng so sánh, một

RS Flip Flop, 1 BJT Q1 và 3 điện trở R có giá trị 5K, 1 cổng NOT. Sơ đồ vi mạch định thời IC555:

RSFF

Q1

RE

4

+

-

8

2

5R 5K

R

6

3

7

+

-

S

Q

R 5K

R 5K

1

Chân 1: chân mass. Chân 2: chân kích khởi ( trigger ). Chân 3: chân ngõ ra. Chân 4: chân Reset: “0” cấm, “1” cho phép mạch làm việc. Chân 5: chân điều khiển bằng điện thế. Nếu không dùng thì nối qua tụ 0.01μF tới

mass. Chân 6: chân ngưỡng (chân thềm). Chân 7: chân ngõ ra phụ. Chân 8: nguồn Vcc, bộ Opamp SS2 có mức ngưỡng điện thế là 2/3Vcc, bộ SS1 có

điện thế ngưỡng là 1/3Vcc.



Bảng trạng thái: S R Q 0 0 Qo 0 1 0 1 0 1 1 1 x

2.2 Mạch dao động đa hài không trạng thái bền dùng IC555: a. Sơ đồ mạch và dạng sóng:

Cv

CCV32

CCV3

1

t 1t 2t 3t outV 1log icV t

b. Nguyên lý hoạt động: Đây là mạch dao động đa hài có 2 trạng thái nhưng cả 2 trạng thái đều không bền.

Nhờ có sự thay đổi điện áp trên tụ C mà mạch luôn tự động chuyển đổi trạng thái và luôn tạo độ dài xung ra.

* 0 ≤ t < t1: giả sử mạch ở trạng thái không bền ban đầu. Ngõ ra = 10V 0=⇒ RSFFQ , BJT Q1 tắt: không có dòng đổ qua BJT Q1⇒ tụ C được nạp điện từ nguồn Vcc qua điện trở R1 qua Diode D với chiều như hình vẽ để hướng đến giá trị . Tụ càng nạp thì điện

áp trên tụ càng tăng ( tăng ) cho đến khi áp trên tụ

CCV

Cv CCC Vvvv32

≥== )2()6( . Lúc đó:

01

1:

0:

0

2

1

=⇒=⇒=→>

=→>−+

+−

vQSvvSS

RvvSS

IC 555R2

C

Vout

U3

2

5

3

7

6

481

TR

CV

Q

DIS

THR

R

VC

CG

ND

Vcc

0.01uF

R1

D



Mạch chấm dứt thời gian tồn tại trạng thái không bền ban đầu và chuyển sang trạng thái không bền thứ 2.

* ≤ t < : 1t 2tTại thời điểm t = t1: mạch tồn tại ở trạng thái không bền thứ 2. Q =1, = 0. Vì Q = 1

nên BJT Q0v

1 dẫn tụ C xả điện tích qua R→ 2 → chân số 7 → BJT Q1 → mass. Tụ càng xả thì điện áp trên tụ càng giảm → điện áp tại chân số 2 và chân số 6 cùng giảm xuống. Khi

điện áp trên tụ C giảm đến giá trị CCCCC VvV32

≤ ≤ 31

thì ta có:

0:

0:

2

1

=⇒>

=⇒>+−

+−

SvvSS

RvvSS

⇒ Q vẫn giữ nguyên trạng thái cũ trước đó (Q = 1) ⇒ do đó tụ C tiếp tục xả cho đến

khi CCC Vv31

≤ (điện thế ngưỡng của bộ SS1), mà nên suy ra: )2()6(v == vvC

0:

1:

2

1

=⇒>

=⇒<+−

+−

SvvSS

RvvSS10 0 =⇒=⇒ vQ

Mạch chấm dứt thời gian tồn tại ở trạng thái không bền thứ 2 và bắt đầu chuyển sang trạng thái không bền ban đầu. Vì Q = 0 BJT Q⇒ 1 tắt không có dòng đổ qua BJT Q⇒ 1

→ tụ C được nạp điện bổ sung (vì nó vẫn còn giữ Vcc31

do điện thế ở chân số 2 chặn trên)

và quá trình cứ tiếp diễn như vậy để liên tục tạo độ dài xung ra. c.Tính độ dài xung ra: Gọi: là thời gian ứng với ngõ ra = 1 1T ov là thời gian ứng với ngõ ra = 0 2T ov T là chu kì dao động của mạch : T = + 1T 2T* Tính : 1T Phương trình nạp của tụ C:

[ ] )0(1)0()()( 1C

t

CCC vevvtv +⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−∞= τ−

với vC (0) = 31

VCC , vC (∞) = VCC

CC

t

CCC VeVtv 3113

2)( 1 +⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=⇒ τ−

Khi t = : 1T CCC VTv32

=)( 1



CC

T

CCCC VeVV 3113

23

2 11

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=⇒ τ−

2ln2ln21

211 111

11

11

CRTeeTT

=τ=⇒=⇒=−⇒ τ−τ−

Vậy thời gian nạp của tụ là 11 7,0 CRT = (2.1) * Tính : 2TPhương trình xả của tụ C:

[ ] )()()0()( 2 ∞+∞−= τ−C

t

CCC vevvtv

với vC (0) = 32

VCC , vC (∞) = 0

23

2)( Tt

CCC eVtv−

=⇒

Khi t = thì 2T CCC VTv 31)( 2 =

22 7,032

31 2

2

CRTeVVT

CCCC =⇒=⇒ τ−

Vậy thời gian xả của tụ C là 22 7,0 CRT = (2.2) T = + = 0,7C (1T 2T 21 RR + ) Vậy chu kỳ dao động là T = 0,7C ( 21 RR + ) (2.3) 2.3 Mạch dao động đa hài 1 trạng thái bền dùng IC555: a.Sơ đồ mạch và dạng sóng: iv

CCV

CCV31

t1 t

Cv

CCV32

t 0v

1log icV 0T t

Vcc

R

8 4U3

TR

CV

Q

DIS

THR

R

VC

CG

ND

7

6

Vi2

5

3

1

Vout

C0.01uF



b. Nguyên lý hoạt động:* 0 ≤ t < : Mạch ở trạng thái bền 1t

CCi

RSFF

VvQv

==

=1

00

1==⇒ RS . Transistor dẫn bão hoà.

Vì tụ C mắc song song với transistor nên →≈=== VVvvv CEC 02,0S)7( tụ C không được nạp điện. Mạch luôn tồn tại trạng thái bền. * ≤ t < : Mạch ở trạng thái không bền. 1t 01 Tt +

t = : Mạch được kích khởi bằng tín hiệu kích khởi 1t CCi Vv31

≤ đưa vào chân số 2 của

IC555. Ở bộ so sánh 1 có 101 0 =⇒=⇒=⇒< +− vQRvv . Mạch chấm dứt thời gian tồn tại trạng thái bền và chuyển sang trạng thái không bền. Lúc này vì Q = 0 nên transistor T tắt ⇒ tụ C được nạp điện từ nguồn Vcc qua R. Tụ càng nạp thì áp trên tụ càng tăng mà nên khi )6(vvC = CCC Vv 3

2> thì ở bộ so sánh 2 có 1=⇒≤ +− Svv , lúc này R

= 0 vì thời gian tồn tại xung kích khá nhỏ 01 0 =⇒=⇒ vQ . Mạch chấm dứt thời gian tồn tại trạng thái không bền và bắt đầu chuyển sang trạng thái phục hồi. * t : giai đoạn phục hồi 01 Tt +≥Do Q = 1, = 0 ⇒ T dẫn tụ xả qua T cho đến khi 0v ⇒ 0≈Cv . Sau khi kết thúc giai đoạn phục hồi mạch trở về trạng thái bền ban đầu. c.Tính độ dài xung ra: là thời gian cần thiết để tụ C tăng từ 0 0T CCV3

2→ Phương trình nạp của tụ :

[ ] )0(1)0()()( 1C

t

CCC vevvtv +⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−∞= τ−

mà CCC

C

Vvv

=∞=

)(0)0(

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=⇒ τ−

11)(t

CCC eVtv

Khi t = 0T CCC VTv 32)( 0 =⇒

)1(32 1

0τ−

−=⇒T

CCCC eVV

(2.a) 3ln0 RCT =⇒ * Tính thời gian phục hồi: Phương trình xả của tụ:



[ ] )()()0()( 2 ∞+∞−= τ−C

t

CCC vevvtv

với 0)(,32)0( =∞= CCCC vVv

khi t = phT 0)( 0log ≈=⇒ icphC VTv

0log2

32

ic

T

CC VeVph

=⇒ τ−

CC

icT

VV

eph

0log2

32 =⇒ τ−

0log

32ln

ic

CCph V

VRCT =⇒

2.4 Mạch so sánh và khuếch đại: FR N 1R 1v 0v 2v 2R PR Phương trình dòng điện tại nút N:

00

1

1 =−

+−

F

NN

RUv

RUv

FF

N Rv

Rv

RRU 0

1

1

1

11+=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

1

1

1

0 11Rv

RRU

Rv

FN

F−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=⇒

111

0 1 vRR

RRUv FF

N −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=⇒

Mà FF

PP

PN RRR

vR

RRvUU

+=

+==

1

2

2

2 ( chọn 21, RRRR PF == )

( ) ( )121

120 vvkRRvvv F −=−=⇒


2.5 Mạch vi phân:


iv

rc

d

V t CC

i

0v 1t 2t 3t CCV v 0v t Mạch xén dung để tạo điện áp kích cho IC555 Monostable. * , tụ không được nạp CCi Vvtt =<≤ :0 1 Điện áp ra: CCi Vvv ==0* =0, tụ được nạp từ nguồn qua R hướng đến giá trị , áp ra tăng từ 0 gần

ivttt :21 <≤ CCV CCV→ CCV

* , tụ C xả điện qua D và R cho đến khi và điện áp ra

CCi Vvttt =<≤ :32 VvC 0=

CCi Vvv ≈≈02.6 Mạch bảo vệ: a.Bảo vệ ngắn mạch: k

d relay

r

c

scr

Khi bị ngắn mạch ở tải dòng qua tăng gR⇒>⇒ gSCRR VV

gSCR dẫn có dòng qua Relay làm

Cho Relay ngắn mạch phía sau Khóa K làm tiếp điểm thường đóng. Khi SCR dẫn, Relay làm hở mạch, muốn mạch làm việc trở lại thì phải ấn nút K để SCR mất nguồn cung cấp suy ra SCR tắt suy ra Relay mất tác động.

k

d rel

Do khóa K thường đóng nên khi vừa nhả khóa K thì mạch tiếp tục làm việc.

ay

RC : chống lại sự tăng dtdu

C : vài chục nF đến 1μF R : vài chục Ω đến 100Ω b. Mạch bảo vệ dưới áp và quá áp: Khi điện áp vào nằm trong phạm cho phép thì tắt. Relay 21,QQkhông có dòng điện, tiếp điểm Relay đóng. Mạch hoạt động bình thường. Nếu áp vào tăng làm cho ZaD aQ

ZaD đến ngưỡng dẫn dẫn aQ→



1Q→ dẫn Relay tác động ngắt →

mạch. Nếu áp vào giảm xuống, làm cho xuống mức ngưỡng ZbDdẫn tắt bQ→ ZbD bQ

2Q→ dẫn Relay tác động ngắt → 2Qmạch. 2.7 Mạch cấp nguồn: Sv

q

cd

+

Khi áp vào tăng thì: const const =beQV =⇒ 0V

ZZ DbeQD VVVVV ≈++= γ0 Tụ C để ổn định điện áp và chống nhiễu ZD2.8 Tính công suất tiêu tán của Transistor chuyển mạch: maxCI t CesV

RT satT FT 0TTrong quá trình chuyển mạch, do có tính trễ nên BJT không dẫn ngay mà phải trải qua 1 thời gian tạo sườn lên và khi tắt phải trải qua thời gian tao sườn xuống. Đối với transistor làm việc ở chế độ xung, công suất tiêu tán chủ yếu ở giai đoạn chuyển đổi trạng thái, còn trong giai đoạn dẫn bão hòa công suất tiêu tán rất nhỏ. Ta có : fsatr PPPP ++=* rTt ≤≤0

r

CC TtItI max)( =



sr

rs

r

scesce V

TtT

VtT

VVtV

−≈+

−=)(

*Trong giai đoạn bão hoà: bsesccessat IVIVP += max *Trong giai đoạn : fT

max)( cf

fc I

TtT

tI−

=

tTVVt

TVVtV

f

sces

f

cessce ≈+

−=)(

Công suất trong thời gian là: 0T

P = ( ) ∫∫ +++fr T

cecbsbesccessat

T

cec dttVtIT

IVIVT

TdttVtI

T 00max

000)()(1)()(1

Ta có : * ( )∫ ∫

−=

r rT

r

rs

T

ccec dtT

tTtVIT

dttVtIT 0

20

max00

1)()(1

∫ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

rT

rr

sc dtTt

Tt

TVI

02

2

0

max

rT

rr

sc

Tt

Tt

TVI

02

32

0

max

32 ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

320

max rrsc TTT

VI

0

max

6TTVI rsc= (*)

* ( )

∫ ∫−

=f fT T

f

fsccec dt

T

tTtVI

TdttVtI

T 0 02max

00

1)()(1

0

max

6TTVI fsc= (**)

Thay (*) và (**) vào P:

P = 0

max

0

max

0

max

66 TIVIV

TT

TVIT

TVI bsbesccessat

fscrsc +++



( ) ( bsbesccessat

frsc IVIV

TT

TTT

VI+++= max

00

max

6) (2.5)

2.9 Tính cuộn dây L:

Hệ số tự cảm L được tính theo công thức: L = μπ −

lSN 2710.4 (2.6)

Trong đó N: số vòng dây S: tiết diện ống dây μ: độ từ thẩm chất liệu làm lõi l: chiều dài ống dây L: hệ số từ cảm ( H: Henry )

số vòng dây N = ⇒μπ − S

lL710.4

. (2.7)



PHẦN B : PHẦN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Yêu cầu : * Điện áp vào: = 25v DCV ± 30% * Điện áp ra: = 12v 0V * Độ gợn dòng đỉnh_đỉnh: ΔI = 0,01A * Độ gợn áp đỉnh_đỉnh: ΔV = 0,01v * Dòng trung bình: = 10A 0I * Tần số làm việc: f = 12 kHz * Dùng IC555 để điều chế độ rộng xung



TÁC DỤNG CỦA CÁC LINH KIỆN * : phân áp, chọn điện áp ngưỡng. asa VRR ,* : làm cho mạch chuyển đổi trạng thái nhanh. zaD* : bảo vệ quá áp. 1,QQa* K: công tắc Reset. * : bảo vệ dưới áp. 2,QQb* : điện trở tăng tốc độ chuyển đổi trạng thái. 3, RRa

* : tương tự như mạch bảo vệ quá áp. bzbbsb VRRRDRR ,,,,, '32

* Relay : Đóng ngắt mạch điện . * : điện trở hạn dòng cho SCR. 4R* : lấy áp kích cho SCR khi ngắn mạch. gR* : mạch có tác dụng hạn chế kích dẫn cho SCR. 15 ,CR* : cấp nguồn cho các mạch hoạt động. 3126 ,,, QDDR z* : bù nhiệt cho . 2D 1zD* : định thiên dòng cho diode . 6R 1zD* : tụ lọc nguồn, tránh nhiễu, ổn định điện áp. 8C* : bảo vệ cho SCR. 1D* : xác định thời hằng cho mạch Astable. 2287 ,,, CVRRR* : tách đường nạp và xả thành hai đường. 3D* IC555(1): mạch dao động không trạng thái bền . * : mạch vi phân, tạo xung kích cho Monostable. 49 ,CR* IC555(2): mạch điều chế độ rộng xung. ,,, 5310 CVRR* : điện trở phân cực cho . 1211, RR 4Q* : transistor chuyển mạch , đóng hoặc mở sẻ làm cho , dẫn hay tắt. 4Q 5Q 6Q



* : làm cho chuyển đổi trạng thái nhanh hơn. 7C 4Q* : điện trở tải của . 13R 4Q* : ổn định, tăng tốc độ chuyển đổi. 11R* : ghép Darlington bổ phụ với . 5Q 6Q* : transistor chuyển mạch. 6Q* : đảm bảo cho dẫn bão hoà. 5D 6Q* : tăng tốc độ chuyển đổi. 15R* : mạch lọc, tích luỹ năng lượng trong thời gian , dẫn để cung cấp năng lưọng cho mạch khi , tắt.

6,CL 5Q 6Q5Q 6Q

* : tạo điện áp chuẩn để đưa đến mạch so sánh. 2616 ,, zDDR* : lấy mẫu tín hiệu ra để đưa đến mạch so sánh. 22321 ,, RVRR* : thay đổi điện áp chuẩn. 3VR* : mạch so sánh. )1(741,,,, 20191817 ARRRR μ* )2(741Aμ : OP_AMP đệm. * : hiệu chỉnh để thoả mãn độ gợn áp ra. 4VR



1. Tính chọn mạch Astable:Chọn IC555 là HA17555 có các thông số sau: • Nguồn cung cấp: Vcc = 15 v • Dòng tiêu thụ trung bình: Itb = 10 mA • Công suất tiêu tán: 600 mW

Thời gian tồn tại xung chính là thời gian nạp xả tụ C2 Theo (2.1) thời gian nạp tụ C2 là: )(7.0 7121 RVRCT += Chọn = T/2 1T fRVRC 2

1)(7.0 712 =+⇒

=+⇒ 71 RVR24,1

1fC

Chọn C2 = 22nF Suy ra ==+ −9371 10.22.10.12.4,1

1RVR 2,7kΩ

Chọn = 2kΩ → =0,7kΩ 7R 1VRChọn = 2kΩ , =1kΩ. 7R 1VRTheo (2.3) chu kỳ dao động của mạch là: fVRRRCT 1)(7,0 1872 =++=

2

187 7,01

fCVRRR =++⇒ 93 10.22.10.12.7,01

−= =5,411kΩ

= 5,411- 2,7 = 2,711kΩ 8R⇒Chọn là điện trở 2kΩ và 0,8kΩ 8RDòng nạp tối đa cho tụ C2 là:

7,37,2

1032

17R7

==+

=VRR

VI

CC mA



Công suất tiêu tán trên là: 7R 27,37 mW === 32

72 10.2.)7,3(

77RIP RR

Công suất tiêu tán trên là: 1VR 10,952 mW === 800.)7,3( 2

12

71VRIP RVR

Dòng tối đa qua là: 8R

711,2103

2

8R8

==R

VI

CC= 3,689 mA

Công suất tiêu tán trên là: 8R 36,89 mW === 32

82 10.711,2.)689,3(

88RIP RR

Chọn 101/27 Ω= kR W

101/711,28 Ω= kR W

101/11 Ω= kVR W

Chọn D3 là loại 1N4001 với = 0,6V ,DV =DI 10mA Chọn tụ 0,01μF để chống nhiễu. =3C2. Tính mạch xén: Khi điện áp ngõ ra của mạch Astable ở mức logic 0. Tụ C4 được nạp từ Vcc qua R9 đến ngõ ra của mạch Vcc

C4 D4R9Astable. Để mạch Monotable hoạt động tốt thì độ dài xung kích đưa vào chân số (2) của mạch Monotable phải nhỏ hơn thời gian tồn tại xung của mạch Monotable. Phương trình nạp của tụ C4 là:

[ ] )0(1)0()()(4444 C

tCCC VeVVtv +⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −−∞= τ−

Trong đó : 0)0(4

=CV CCC VV =∞)(

4

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=⇒ τ− t

CCC eVtV 1)(4

Gọi t1 là thời gian tụ C4 nạp được 1/3Vcc

CCt

CCC VeVtV 311)( 14

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=⇒ τ−

(*) 5,1ln. 491 CRt =⇒



Gọi tx là thời gian tồn tại xung của mạch Monotable Gọi Vo là điện áp ra của ổn áp.

Ta có: sx

t

s VTt

dtVT

Vx

== ∫0

01

fV

VT

VV

tss

x .00 ==⇒

*Áp vào: Vs = 25V *Độ biến thiên áp vào: 17,5 → 32,5V *Điện áp ra: Vo = 12V *Độ gợn điện áp ngõ ra: ∆Vo = 0,01V

Khi Vs = 25 ==⇒ 30 10.12.2512

xt 40 μs

Khi Vs = 17,5 ==⇒ 3max10.12.5,17

12xt 57 μs

Khi Vs = 32,5 ==⇒ 3min 10.12.5,3212

xt 30μs

Để đảm bảo độ rộng xung kích nhỏ hơn tx chọn:

==≤ 3051

51

min1 xtt 6 μs

649 10.15

5,1ln6 −==⇒ CR

Chọn C4 = 22nF

==⇒ −

−

9

6

9 10.2210.15R 681Ω

Chọn R9 là 700Ω Công suất tiêu tán trung bình của R9:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= τ− t

CCC eVtV 1)( 19

τ−=⇒

tCCR eVtv )(9

dtReV

Tdt

Rtv

TP

t t tCCR

tbR ∫ ∫τ−

==⇒1 1

0 0 9

22

9

29

91)(1

= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

− 4.92

42 1

12

CRt

CC eTCV



Mà ==== −932821 10.22.10.711,2.7,07,0 CRTt 41,7μs

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=⇒

−−15

7,41.2392

9 12

10.12.10.22.15 eP tbR 29,58mW

Vậy chọn Ω/7009 =R 101 W

Chọn D4 là 1N4001. 3. Tính mạch Monotable:Chọn IC555 là loại HA17555 Tính mạch hoạt động bình thường với áp vào Vs= 25V Thời gian tồn tại xung tx chính là thời gian tụ C5 nạp

847

6

21 5

3

Vcc

C5

vi

R10

VR2

IC555

điện từ 0 đến 2/3Vcc. Theo (2.4) thời gian nạp của tụ C5 là: 01025 3ln)( xtRVRCT =+=

4,363ln

10.40)(6

1025 ==+⇒−

RVRC μs

Chọn = 2,2 nF 5C 16,55 kΩ =+⇒ 210 VRR Chọn Ω=⇒Ω= 55016 210 VRkR Chọn là biến trở 1kΩ 2VR

Dòng nạp cực đại cho tụ là: 5C 6,055,16

1032

210R10 ==

+=

VRR

VI

CC mA

Công suất tiêu tán trên là: 10R 76,510.16.10.)6,0(. 36210

21010 === −RIP RR mW

Công suất tiêu tán trên là: 2VR 36,010.10.)6,0( 3622 == −

VRP mW

Vậy chọn = 16 kΩ/10R 101 W

= 1 kΩ/2VR 1001 W

Ta c ó: 41,3610).55,016(10.2,2)( 3921055 =+=+=τ −VRRC µs

Phương trình nạp của tụ : 5C

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= τ−

51)(5

t

CCC eVtv

Khi = 17,5VminSS VV = ==⇔ maxxx tt 57 μs

=−=⇒−

)1(15 41,3657

5 eVC 11,86 V Khi = 25V = 40 μs SoS VV = ⇔ xox tt =



=−=⇒−

)1(15 41,3640

5 eVC 10V Khi = 32,5V maxSS VV = minxx tt =⇔ = 30 μs

=−=⇒−

)1(15 41,3630

5 eVC 8,42 V 4. Tính mạch lọc:Theo đề: ∆V = 0,01 V ∆I = 0,01 A

Theo (1.9) ta có: ( )

IfVkk

L S

Δ−

=.

.1

với: ====25120

S

x

VV

Tt

k 0,48

suy ra: ( )=

−=

01,0.10.1225.48,0.48,01

3L 52 mH

Vậy L = 52 mH

Theo (1.10) ta có: ==ΔΔ

=Δ

−=

01,0.10.12.801,0

88)1(

326 VfI

VLfkVk

C S 10,4µF

Chọn 11µF =6C* Tính toán cuộn cảm: Dòng ngõ ra trung bình là 10A Chọn dây đồng có đường kính: d=0,65 I = 0,65 10 = 2,06 mm Chọn lõi từ thanh ferit dài 4cm, ø = 1cm Cho µ = 1000 ÷ 6000 Ta có:

l

SNL μπ=

− ...10.4 27

μπ

=⇒− ..10.4

.7 S

LlN

Với µ = 1000 1000.

4)01,0(.10.4

10.52.04,02

7

3

ππ=⇒

−

−N = 144 vòng



Với µ = 6000 6000.

4)01,0(.10.4

10.52.04,02

7

3

ππ=⇒

−

−N = 59 vòng

Chọn 6D *Điện áp ngược cực đại khoảng (3÷4)Vs *Dòng trung bình thuận > 10A FI Chọn là 1N5410 có : 6D = 200V KAV = 15 A FI5. Tính mạch điều khiển:

65 ,QQ là transistor chuyển mạch chỉ làm việc trong thời gian có xung ra ở đầu ra của mạchmonotable. Khi dẫn thì nguồn DC được đưa đến đầu ra, 65 ,QQ Q6D5

Q5

R14

R15

R13

Q4

C7

R11R12

khi tắt thì cắt nguồn DC ra khỏi mạch. 65 ,QQ Dòng trung bình ngõ vào: = 0,48.10 = 4,8A 0S .IkI = Mà : R14CSQ5SQ6S IIII C ++= Dòng chảy qua lớn nhất , Chọn = 4,6A 6Q SQ6I a. Tính chọn Q6: Để dễ tính toán,chọn thời gian tắt mở của các BJT là như nhau. Thông thường thời gian tắt(mở) là 10ns ÷ 1µs *Ở đây tính toán với = 1µs. fr TT =Theo (2.5) ta có: Công suất của là: 6Q

( )bsbesCcessat

fSC IVIV

TT

TT

VIP ++= max

00

max

.3.

*Chọn BJT có = 30 minβ

Ta có 30

6,4

min=

β≥ cs

bsI

I = 0,153A

Chọn = 0,16A bsI( ) ( ) =+

−+=⇒ 16,0.8,046,0.2,0.

402401.

40.325.6,4P 1,17W

Vậy chọn là transistor thỏa: 6Q



AI

PPVVV

C

tt

SCE

6,4IW51,317,1.3.3

25

maxC =>==>

=>

Vậy chọn là 2SC2073 có các thông số sau: 6Q

Ký hiệu Loại f oT CI CEV β P C2073 Si_N MHz

Để dẫn bão hòa thì: 6Q

A

II

Vvv

CQbsQ

besbesQ

153,030

6,4

8,0

min

66

6

==β

≥

=≥

Chọn = 0,16A 6bsQI

Chọn dòng qua là: 15R === 16,051

51

6R15 bsQII 0.032A

===032,08,0

R15

1515 I

vR R 25Ω

Chọn = 47Ω 15RCong suất tiêu tán trên là: 15R

===478,0 2

15

215

15 RV

P RR 0,014W

Chọn = 47 Ω/15R W81

b. Tính chọn Q5: Q5 mắc Darlingtơn với Q6 để nâng cao hệ số khuyếch đại dòng điện Ta có: 0,16 + 0,032 = 0,1632 A =+= 1565 RBSQCSQ III

Công suất tiêu tán của Q5 là: ( SSS00

S ..3

..BEBSCCE

satfSCtt VIIV

TT

TTVI

P ++= )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++= 8,0.

301632,01632,0.2,0

4038

40.31.25.1632,0

= 0,069 W Chọn Q5 thỏa các điều kiện sau:



W207,0069,0.33

1632,025

5

==>=>=>

tt

CC

SCE

PPAII

VVV

Vậy chọn Q5 là loại có các thông số sau:

BJT Loại P CI CCV oT f β Si_P

Để Q5 dẫn bão hòa thì:

mA

II

Vvvv

csQbQ

besRbesQ

44,5301632,0

8,0

min

55

145

==β

≥

=≥=

Chọn mAII BQ 4,5410 5R14 ==

Ω==⇒ 7,144,54

8,0R14

Chọn R14 =18Ω

W036,0188,0 2

14 ==RP

Chọn W101/1814 Ω=R

c. Tính chọn R13:Ta có − − == 45min13 ceQbeQSR VVVV 17,5 – 0,8 – 0,2 = 16,5V

Ω=+

=⇒ 2754,5444,5

5,1613R

Chọn = 300Ω 13R W074,184,59.300 2

13 ==RPChọn W5/30013 Ω=R d. Tính chọn Q4:Công suất chuyển mạch của Q4 là:

( )SSSS ..

.3..

BEBSCCEo

sat

o

fSC VIIVT

TT

TVIP ++=

( )8,0.995,184,59.2,04038

40.31.25.84,59

++=ttP

= 25,35 mW Chọn Q4 thỏa:



VVV SCE 25S =>

W05,7635,25.3.3

84,59S

mPPmAII

tt

CC

==>=>

Vậy chọn Q4 là loại có các thông số sau:

BJT Loại CT o P f CEV CI β

Để Q4 dẫn bão hòa thì:

VVVv

mAI

I

beSRbeQ

CbQ

8,0

995,130

84,59

124

min

S4

=≥=

==β

≥

Chọn 2mA =4bQIChọn dòng qua là 10 : 12R 4bQI mAI 202.10R12 ==

Ω==⇒ 4020

8,0R12

Chọn = 47 Ω 12R

W6,13478,0 2

12 mPR ==

Vậy chọn W101/4712 Ω=R

e.Tính C7, R11: Với nguồn cung cấp là 15V, điện áp ngõ

R13

Q4

R12

C7

R11

Vomonotable

ra của Monostable ở mức 1 là 15-1,5 = 13,5V Ta có : 411 besQomonotableR VVV −= = 13,5 – 0,8 = 12,7V = 20 + 2 = 22mA 41211 bQRR III +=

==⇒22

7,1211R 577Ω

Chọn R11 = 620 Ω

==620

7,12 2

11RP 0,26W

Vậy chọn R11= 620W/ W21

* Tính chọn C7:



Tụ C7 có tác dụng làm tăng tốc độ chuyển đổi trạng thái cho Q4

Chọn Ω== 6210

117

RZC

FC μ=π

=⇒ 214,062.10.12.2

137

Chọn VFC 50/22,07 μ=6. Mạch hồi tiếp:

Phương trình nạp của tụ C5: )1()( τ−−=

tCCC eVtv

Với sVRRC μ=+=τ 4,36)( 2105 Khi t = tx thì điện áp trên tụ C5 cũng bằng điện áp ngưỡng chân (6). Do đó, lúc này trên chân (5) của IC555 cũng bằng đúng điện áp này. Vậy ta phải tính toán sao cho khi áp vào đúng bằng 25V thì áp đưa về là 10V. Tương tự, ta có: Khi 17,5V thì áp đưa về là: =minSV

VetVV xCA 86,11115)( 4,3657

max5 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−==

−

Khi 32,5V thì áp đưa về là: =maxSV

VetVV xCA 42,8115)( 4,3630

min5 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−==

−

* Mạch OP_AMP đệm đưa về điều khiển ICMonotable: Tổng trở ra của OP_AMP khoảng 75Ω

5k 75k

Vcc Vout(opamp)

10k

A

IC555

5

Từ sơ đồ tương đương ,ta có phương trình điện áp nút tại A là:

22,0.977,0

1075,05+=⇔

=−

+−

outA

AAoutACC

VV

VVVVV

Ở đây là điện áp cần có ở chân 5 của IC555 Monostable. AV



VớI các giá trị = 10V,11.86V,8.42V thế vào phương trình trên ta được AV Aout VV ≈ Vậy ta xem Aout VV = a. Mạch tạo điện áp chuẩn: Chọn diode là loại 1N5347B có: 2DZ + VVDZ 102 = + Dòng qua diode là mAI DZ 152 = Chọn diode là loại 1N4001 có 7D mAIVV DD 15,7.0 ==

* Tính điện trở 16R :

16R được chọn thỏa điều kiện sau:

2

7216

2

72

DZ

DDZo

DZ

DDZo

IVVVV

RI

VVVV −−Δ+<<

−−Δ−

3163 10.157,01001,012

10.157,01001,012

−−−−+

<<−−−

⇔ R

33,8786 16 <<⇔ R Chọn = 86Ω 16RDo không có điện trở 86Ω nên ta chọn hai điện trở mắc nối tiếp là Ω= 8216R và

. Ω= 424RTa có: 18,45mW == 82.152

16RP 0,9 mW == 4.152

24RPVậy chọn: = 82Ω/1/10W 16R = 4 Ω/100 W 24R b. Tính điện áp ra khi áp vào thay đổi với tx = txo = 40µs: = 17,5V ⇒SV === − 5,17.10.12.10.40.. 36

Sxoo VftV 8,4V = 32,5V 15,6V SV =⇒ oV =25V 12V SV =⇒ oVVậy ta phải tính toán bộ so sánh sao cho: Khi 8,4V thì đưa về 11,86V =oV Khi 12V thì đưa về 10V =oV Khi 15,6V thì đưa về 8,42V (**) =oV c. Tính toán mạch so sánh: N


R19

R18Vlm

Vch

R20

R17


P Ta có phương trình điện áp nút tại N:

01918

=−

+−

RVv

RVv NoutNlm

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=⇒

19181819

11RR

VRv

Rv

Nlmout

1918

1918

18 .RRRR

VRv

Nlm +

+−=

Mà: 2017

20

RRR

VVV chPN +==

Chọn: , 1817 RR = 2019 RR =

1918

19

RRR

VVV chPN +==⇒

1918

1918

1918

19

1819 ...

RRRR

RRR

VRV

Rv

chlmout +

++−=⇒

181819 R

VRV

Rv chlmout +−=⇒

( )lmchout VVRR

v −=⇒18

19

Đặt 18

19

RR

ko = , olm VkV .1=

Suy ra (***) ( ochoout VkVkv 1−= )Từ (**) và (***) ta có hệ phương trình sau:


do an dien tu ung dung on ap buck dung ic555 861

Documents