mẠch thay ĐỔi tỐc ĐỘ vÀ -...
TRANSCRIPT
1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KĨ THUẬT CAO THẮNG
*******************
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ TÀI :
MẠCH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ VÀ ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ 12V
DC
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :
TỐNG THANH NHÂN
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
ĐẶNG MINH TÂM LƯU KIM PHÁT NGUYỄN HOÀNG VŨ MAI THÁI DUY
2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
3
LỜI NÓI ĐẦU
Với xu hướng giáo dục hiện nay, học thì phải đi đôi với hành. Do đó ,bên cạnh việc học những lý thuyết cơ bản trong trường lớp thì đòi hỏi học sinh ,phải biết ứng dụng những gì đã học vào thực tiễn ,có vậy mới giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức đã học
Đồng thời cũng giúp phát huy khả năng năng động sáng tạo .Nhất là đối với những sinh viên ,học sinh ngành kỹ thuật , trong đó có điện tử- tin học.
Trong môn điện tử công suất nhóm chúng em có làm một đề tài nhỏ là: ”MẠCH THAY ĐỐI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 12V DC BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP” dùng Ic 556 .
Tuy nhiên , do kiến thức của chúng em còn hạn chế không thể đề cập hết các vấn đề trong đề tài này ,do đó không thể tránh khỏi những thiếu sót . Rất mong được nhận sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn .
Xin cám ơn
Nhóm: _ ĐẶNG MINH TÂM
_LƯU KIM PHÁT
_NGUYỄN HOÀNG VŨ
_MAI THÁI DUY
4
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể giáo viên khoa ĐIỆN TỬ -TIN HỌC TRƯỜNG CAO ĐẲNG KĨ THUẬT CAO THẮNG ,đặc biệt là sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên TỐNG THANH NHÂN đã hết lòng giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài .
chúng em cũng chân thành cảm ơn quý thầy cô trong trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã tạo nền móng kiến thức cho chúng em.
Xin gửi lời chúc sức khỏe và lòng tri ân chân thành đến quí thầy cô
MỤC LỤC
5
CHƯƠNG DẪN NHẬP
I.ĐẶT VẤN ĐỀ…………………………………………………
II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI…………………………………………
III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU………………………………
IV.MỤC ĐÍCH –YÊU CẦU…………………………
V.THỜI GIAN THỰC HIỆN………………………
CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT MẠCH CHỈNH LƯU
CHƯƠNG III:VI MẠCH ĐỊNH THÌ 556
I.GIỚI THIỆU ic 556…………………………………………….
II.MẠCH ĐA HÌA PHI ỔN DÙNG IC 555…………………….
III.MẠCH ĐA HÀI ĐƠN ỔN DÙNG IC 555…………………..
IV.IC 555 GIAO TIẾP VỚI CÁC LOẠI TẢI ………………….
CHƯƠNG IV:PHÂN TÍCH- THIẾT KẾ
I.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ………………………………………..
II.PHÂN TÍCH – THIẾT KẾ…………………………………..
1.MẠCH CHỈNH LƯU ………………………………..
2.MẠCH ĐA HÀI PHI ỔN SỬ DỤNG IC556………
3.MẠCH ĐƠN ỔN SỬ DỤNG IC556………………
4.CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH……………………
III.THI CÔNG MẠCH
CHƯƠNG IV:KẾT LUẬN
CHƯƠNG DẪN NHẬP
6
I. Đặt vấn đề:
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử
Nhưng mạch điện tử được thiết kế như thế nào để diều chỉnh tốc độ của động cơ ? Để trả lời câu hỏi trên thì nhóm xin giòi thiệu một mạch diều chỉnh tốc độ động cơ khá hiệu quả sử dụng IC556
II. Giới hạn đề tài:
Do thời gian nghiên cứu và trình độ còn hạn chế nên nội dung trình bày trong phần đồ án điện tử công suất chỉ trình bày nội dung điều chỉnh tốc độ động cơ
Có 2 phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ là :
-Thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi dòng điện
- Thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp
Trong phần này tập trung nghiên cứu phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt lên động cơ
Có rất nhiều mạch thay đổi tốc độ động cơ , trong phần này xin giới thiệu mạch thay đổi tốc độ động cơ dùng IC556
III. Mục đích nghiên cứu:
Mục đích hàng đầu của mạch thay đổi tốc độ động cơ dùng ic 556 là nghiên cứu mạch ứng dụng IC556 để thay đổi điện áp ngõ ra từ đó thay đổi tốc độ quay của động cơ
Qua quá trình nghiên cứu mạch cũng tạo điều kiện cho sinh viên hệ thống lại những kiến thức đã học trong bộ môn điện tử công suất qua đó thấy được tầm quan
7
trọng của môn học này , đồng thời góp phần nâng cao khả năng ứng dụng những gì đã học của sinh viên vào thực tiễn
IV. Mục đích –yêu cầu : Thiết kế mạch điện dùng để thay đổi tốc độ động cơ và đảo chiều quay
CHƯƠNG I I: LÝ THUYẾT MẠCH CHỈNH LƯU
I. .Khái niệm về chỉnh lưu:
Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.
Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ hay chỉnh lưu nửa sóng. Trong các bộ nguồn một chiều người ta hay sử dụng các mạch chỉnh lưu nhiều điốt (2 hoặc 4 điốt) với các cách sắp xếp khác nhau để có thể biến đổi từ xoay chiều thành một chiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ. Trước khi các điốt bán dẫn phát triển, người ta còn dùng các mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chân không, đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni
Các máy thu thanh vô tuyến đầu tiên, người ta gọi là các máy tinh thể, dùng một sợi “râu mèo” hoặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một điểm trên một khối tinh thể galena (sunphát chì) để tạo ra một điốt tiếp điểm, hoặc một bộ tách sóng tinh thể. Trong hệ thống sấy đốt khí, các bộ phát hiện lửa có thể dùng. Hai điện cực trong một vỏ bọc kín có thể sản sinh ra dòng điện và có thể chỉnh lưu được một dòng điện xoay chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn lửa
II. Mạch chỉnh lưu nửa sóng
Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp
8
đặt của điốt. Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch hỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một đi ốt bán dẫn trong các mạch nguồn một pha.
III. Mạch chỉnh lưu toàn sóng:
Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch điện không có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điốt thay vì một như trong mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 điốt để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1 cho trường hợp điểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là phải cần đến 4 điốt. Các điốt dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu.
Bộ chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả 2 nửa chu kỳ thành một điện áp đầu ra có một chiều duy nhất: dương (hoặc âm) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của nửa chu kỳ âm (hoặc dương)của dạng sóng xoay chiều. Nửa còn lại sẽ kết hợp với nửa kia thành một điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh.
Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2 điốt nối đâu lưng với nhau (nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-với-cathode)có thể thành một mạch chỉnh lưu toàn sóng.
9
IV. Chỉnh lưu cầu 1 pha có tụ lọc
Các đi ốt trong mạch chỉnh lưu cầu tự nhiên ít khi chúng bị hỏng, chúng chỉ hỏng khi điện áp 300V DC bị chập, khi đó dòng qua đi ốt tăng cao làm cho đi ốt bị chập hoặc đứt.
- Điện áp AC 220V đầu vào có hai cực, một cực tiếp đất có giá trị 0V, cực kia có hai pha âm và dương đảo chiều liên tục. - Khi cực trên có pha dương, dòng điện sẽ đi từ +220V qua đi ốt D2 => qua R tải => qua D4 rồi trở về 0V - Khi cực trên có pha âm, dòng điện đi từ 0V đi qua đi ốt D3 => qua R tải => qua D1 rồi trở về điện áp -220V => Trong mỗi pha điện chỉ có hai đi ốt mắc đối xứng hoạt động, hai đi ốt kia tạm thời tắt.
- Nếu một đi ốt bất kỳ bị đứt hoặc có hai đi ốt đối diện bị đứt thì điện áp đầu ra có dạng nhấp nhô thưa cách quãng
10
V. Datasheet của diode
11
12
VI. Datasheet của ic ổn áp
13
14
15
16
17
18
CHƯƠNG III. VI MẠCH ĐỊNH THÌ 556
I. Giới thiệu IC 556: Ic 556 là một loại phiên bản kép của ic 555 , vì vậy để giải thích nguyên lí hoạt
động của ic 556 thì ta thông qua việc giải thích hoạt động của ic 555.
Ic 555 và họ của nó được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển ,vì nếu kết hợp với các linh kiện RC thì nó có thể thực hiện nhiều chức năng như định thì , tạo xung chuẩn , tạo tín hiệu kích , hay điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất như transistor ,SCR ,triac,…
Các chân của ic 556 bao gồm các chận sau:
Chân 1 : discharge 1
Chân 2 : threshold 1
Chân 3 : control 1
Chân 4 : reset 1
Chân 5 : output 1
Chân 6 : trigger 1
Chân 7: gound
Chân 8: trigger 2
19
Chân 9 : output 2
Chân 10: reset 2
Chân 11 : control 2
Chân 12 :threshold 2
Chân 13 : discharge 2
Chân 14 : +vcc
Cấu trúc bên trong của ic 556:
Cấu trúc bên trong ic 555:
20
Hình .a
21
1) Cầu phân áp gồm 3 điện trở 5k nối từ nguồn vcc xuống mass cho ra hai điện áp chuẩn là 1/3 vcc và 2/3 vcc
2) Opamp (1) là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ In nhận điện áp chuẩn 2/3 vcc, còn ngỏ In thì nối ra ngoài chân 6. Tùy thuộc điện áp của chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3 vcc mà opamp(1) có điện áp ra mức cao hay mức thấp để làm tín hiệu R(Reset), điều khiến flip-flop
3) Opamp(2) là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ In nhận điện áp chuẩn 1/3 vcc , còn ngõ In thì nối ra ngoài chân 2. Tùy thuộc điện áp của chân 2 so với điện áp chuẩn 1/3 vcc mà opamp (2) có ngõ ra mức thấp hay mức cao để điều khiển tín hiệu S (Set) ,điều khiển flip-flop
4) Mạch flip-flop là mạch lưỡng ổn kích một bên .khi chân set có mức điện áp cao thí điện áp này kích đổi trạng thái của flip-flop ở ngõ Q lên mức cao và ngõ ra Q có mức thấp .khi ngõ Set đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch flip-flop không đổi trạng thái khi chân R có điện áp cao thì diện áp nầy kích đổi trạng thái của flip-flop làm ngõ Q lên mức cao và ngõ ra Q xuống mức thấp. khi ngõ Reset đang ở mức cao xuống thấp thì mạch flip-flop không đổi trạng thái
5) Mạch output là mạch khuyếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếch đại dòng cấp cho tải . đây là mạch khuyếch đại đảo có ngõ vào là chân Q của flip-flop nên khi ngõ vào Q ở mức cao thì ngõ ra ở chân 3 sẽ có mức thấp và ngược lại
6) Transistor T1 có chân E nối với điện áp chuẩn 1,4 v ,là loại transistor PNP, cực B nối ra ngoài bởi chân 4 có điện áp cao hơn 1,4 v thì T1 ngưng dẫn , nên T1 không ảnh hưởng gì dến mạch . khi chân 4 có điện trở nhỏ thích hợp nối mass thì T1 dẫn bảo hòa đồng thời làm mạch output dẫn bảo hòa và ngõ ra xuống thấp. chân 4 còn gọi là chân reset có nghĩa là nó reset ic 555 bất chấp tình trạng ở ngõ vào khác . Do đó chân 4 dùng để kết thúc xung ra sớm khi cần. nếu không dung chức năng reset thì nối chân 4 với vcc dể tránh mạch bị reset do nhiễu
7) Transistor T2 có cực C dể hở nối ra chân 7. Do cực B được phân cực bởi mức điện áp Q nên khi Q ở mức cao thì T2 bảo hòa và cực C coi như nối mass . Lúc đó ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp. khi Q ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn cực C của T2 xem như bị hở.lúc đó ngõ ra chân 3 ở mức cao.
22
Datasheet của ic 556 :
23
24
25
26
27
28
29
30
II. Mạch đa hài phi ổn dùng ic 555: 1. Mạch phi ổn cơ bản:
Hình.b
Đây là mạch ứng dụng ic 555 dùng để làm mạch đa hài phi ổn tạo xung vuông
Trong mạch , chân ngưỡng (Threshold) số 6 được nối với chân nảy (trigger) số 2 , nên hai chân này có chung điện áp là điện áp trên tụ C, để so với điện áp chuẩn là 2/3 và 1/3 bởi opamp (1) và opamp(2) ,chân 5 có tụ nhỏ .1uF nối mass để lọc nhiều tần số cao có thể làm ảnh hưởng đến điện áp chuẩn 2/3vcc
Chân 4 nối với nguồn +Vcc nên không dùng chức năng reset, chân 7 xả điện được nối vào giữa 2 điện trở Ra và Rb tạo đường xả điện cho tụ tạo đường xả điện cho tụ ,ngõ ra chân 3 có điện trở giới hạn dòng 1,2K và led để biểu hiện mức điện áp ra –chỉ có thể dùng trong trường hợp tần số dao động có trị số thấp từ
VCC
Rb
R11,2K
U1
NE555
3
48
5
26
7
1
OUT
RS
T
VC
C
CV
TRGTHR
DSCHG
GN
D
0
D1
LED
0
0,01uF
0
Ra
C2
0
31
20Hztro73 xuống vì ở tần số cao hơn 40Hz , trạng thái sáng tắt của led khó có thể nhận biết bằng mắt thường .Để phân tích nguyên lý của mạch cần phối hợp mạch ứng dụng hình.a và himh2.b.
2. Phân tích mạch Khi mới đóng điện thì tụ nạp từ 0 lên :
- Op amp (1) có V+ < V- nên R có mức thấp(R=0) - Op amp(2) có V+ > V- nên ngõ s có mức cao (S=1) - Mạch F/F có ngõ S=1 ,R=0 nên Q=1 và Q=0 . lúc đó ngõ ra chân
3 có mức cao - Transistor T2 có VB =0 nên ngưng dẫn và để tụ C nạp điện với
thời gian nạp là : T nap=0.69(Ra+Rb).C
Khi áp trên tụ tăng đến mức 1/3vcc thì opamp (2) đổi trạng thái, ngõ S= 0 . Khi S xuống thấp thì F/F không đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn mức cao
Khi điện áp trên tụ tăng đến 2/3vcc thì opamp(1) đổi trạng thái, ngõ R ở mức cao(R=1)
Mạch F/F có R=1 nên Q=1 và ngõ ra ở chân 3 có điện áp thấp . khi đó ngõ T2 dẫn bảo hòa và chân 7 nối mass ngăn tụ c nạp điện mà phải xả điện qua RB qua T2 xuống mass . Tụ C xả điện với hằng số thời gian là :
T xã=0.69.Rb.C
Khi điện áp trên tụ giảm xuống dưới 2/3 vcc thì opamp(1) đổi trạng thái R=0 . khi R xuống mức thấp thì F/F không đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn ở mức thấp.khi điện áp trên tụ giảm xuống đến mức 1/3 vcc thì opamp(2) đổi trạng thái tức S=1 . nên ngõ ra chân 3 có mức cao . đồng thời T2 mất phân cực nên ngưng dẫn và chấm dứt giai đoạn xả của tụ. như vậy mạch lại trở lại trạng thái ban đầu và tiếp tục nạp lên từ mức điện áp là 1/3vcc lên đến 2/3 vcc.
Hiện tượng trên sẽ tiếp diễn liên tục và tuần hoàn.
Lưu ý: Khi mới mở điện tụ C sẽ từ 0V lên 2/3Vcc rồi sau đó tụ xả điện là 2/3Vcc xuống 1/3 Vcc chứ không xả xuống 0V .những chu kỳ sau ,tụ sẽ tụ từ 1/3Vcc lên 2/3Vcc chứ không nạp từ 0 nữa.
32
Thời gian tụ nạp là thời gian Vo=+Vcc, led sáng . thời gian tụ xả là thời gian Vo=0V,led tắt.
Thời gian tụ nạp và xả được tính theo công thức :
Thời gian nạp : T nạp =0,69.(Ra+Rb)C
Thời gian xả: T xả = 0,69.Rb.C
Điện áp ngõ ra chân 3 có dạng hình vuông với chu kỳ là :
T = T nạp + T xả
Do thời gian nạp và thời gian xả không bằng nhau (T nạp > T xả) nên tín hiệu hình vuông ra không đối xứng . Tần số của tín hiệu hình vuông là :
F = 1 / T = 1 / (0,69.(Ra+2Rb).C) 3.Dạng sóng ra tại các chân:
Hình.c
Hình c là dạng điện áp tại các chân 2-6,chân 7 và chân 3,trong đó khoảng thời gian điện áp tăng là thời gian tụ nạp ,khoảng thời gian điện áp giảm là thời gian tụ xả.
33
khi khảo sát dạng điện áp tại các chân cần lưu ý :khi mới mở điện thì tụ C sẽ nạp từ 0V lên đến 2/3Vcc ,nhưng khi xả chỉ xả đến 1/3Vcc. Để tính chu kỳ của tín hiệu , người ta chỉ tính các lần nạp sau chứ không xét các lần nạp đầu tiên.
Khi tụ nạp thì chân 7 có điện áp cao hơn 2-6,nhưng khi tụ xả thì chân 7 giảm nhanh xuống 0V-do T2 trong Ic chạy bảo hòa – chứ không giảm theo hàm số mũ trên tụ C.
4.Mach phi ổn đối xứng :
Trong mạch phi ổn cơ bản ,do thời gian nạp và thời gian xả của tụ không bằng nhau nên dạng điện áp ở ngõ ra không đối xứng
Ta có: T nạp =0,69(Ra+Rb)C
T xả =0,69(Rb.C)
Để cho dạng sóng vuông ở ngõ ra đối người ta có thể thực hiện bằng nhiều cách .
Cách thứ 1: chọn điện trở Ra có trị số rất nhỏ so với Rb thì lúc đó sai số giữa T nạp và T xả coi như không đáng kể .Điều này khó thực hiện nếu làm việc ở tần số cao .Điện trở Ra có trị số tối thiểu khoảng vài KΩ thì Rb có trị số rất lớn khoảng vài trăm KΩ .Với các trị số điện trở này thì tần số dao động không thể cao được.
Cách thứ 2: Dùng diot ghép song song Rb theo chiều hướng như hình vẽ .
34
hinh.c
Khi có diot D ,thời gian tụ C nạp làm diot phân cực thuận có điện trở rất nhỏ nên coi như nối tắt Rb.
Thới gian nạp điện của tụ được tính theo công thức :
Tnạp =0,69RaC
Khi tụ C xả điện thì diot được phân cực ngược nên tụ vẫn xả điện qua Rb . thời gian xả điện của tụ được tính theo công thức :
T xả =0,69.Rb.C
Nếu chọn trị số Ra bằng Rb thì mạch sẽ tạo ra tín hiệu hình vuông đối xứng .
Thực ra ,trong mạch điện hình.c khi tụ nạp dòng điện qua Ra và điện trở thuần của diot, nên thời gian nạp vẫn lớn hơn thời gian xả một ít
4.Mạch phi ổn điều chỉnh tần số:
Hai yêu cầu thường có trong thiết kế của mạch đa hài phi ổ là :
_Thay đổi tần số f mà vẫn giữ nguyên chu trình làm việc (đối xứng )
_Thay đổi chu trình làm việc mà vẫn giữ nguyên tần số f.
Để có thể thay đổi tần số của tín hiệu hình vuông ra mà vẫn có tín hiệu đối xứng thì
VCC
Rb
R11,2K
D2
DIODE
U1
NE555
3
48
5
26
7
1
OUT
RS
T
VC
C
CV
TRGTHR
DSCHG
GN
D
0
D1
LED
0
0,01uF
0
Ra
C2
0
35
hai điện trở Ra và Rb phải được điều chỉnh sao cho cùng tăng hay cùng giảm trị số
.Lúc đó trong mạch điện có thêm 2 biến trở VRa và VRb ghép nối tiếp như hình .d
hình.d
Để thay đổi chu trình làm việc tức là thay đổi tỉ lệ thời gian tín hiệu có điện áp cao và thời gian tín hiệu có điện áp thấp , hay là thời gian nạp và thời gian xả của tụ nhưng vẫn giữ nguyên tầng số (nghĩa là chu kỳ T bằng hằng số ).
Hai điện trở Ra và Rb phải được điều chỉnh sao cho khi Ra tăng thì Rb giảm cùng một giá trị thay đổi .Lúc đó trong mạch có thêm hai biến trở VRa và VRB ghép nối tiếp như sơ đồ hinh.d nhưng hai biến trở được điều chỉnh ngược hướng.
III. Mạch đa hài đơn ổn dùng ic 555: 1. Mạch đa hài đơn ổn cơ bản:
Để có thể phân tích nguyên lý của mạch đơn ổn một cách rõ ràng , dễ hiểu, chúng ta sử dụng kết hợp hai sơ đồ hình.e và hình.a ,sơ đồ hình .e vẽ mạch ứng dụng Ic 555 làm mạch đơn ổn , sơ đồ hình .a kết hợp với sơ đồ cấu trúc bên trong Ic555.
RV1VARISTOR
VCC
Rb
R11,2K
D2
DIODE
U1
NE555
3
48
526
7
1
OUT
RS
T
VC
C
CV
TRGTHR
DSCHG
GN
D
0
D1
LED
0
0,01uF
0
RV2VARISTOR
Ra
C2
0
36
Trong mạch này chân ngưỡng số 6 và chân xả số 7 được nối vào điểm chung của mạch định thì RT.C Lúc này chân nhận tín hiệu từ bên ngoài là chân thứ 2
Đặc điểm của mạch đơn ổn là khi có xung âm hẹp có giá trị lớn hơn 1/3 vcc tác động vào chân số 2 thì mạch sẽ thay đổi trạng thái và ngõ ra chân thứ 3 sẽ có xung dương ra. Độ rộng xung dương ở ngõ ra không phụ thuộc vào độ rộng của xung kích mà phụ thuôc vào mạch định thì RT.C, sau đó mạch sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
Hình.e 2. Nguyên lý mạch đơn ổn
Khi mới mở điện tụ C nối chân 6 và chân 7 xuống mass làm opamp (1) có ngõ In+ nhỏ hơn ngõ In- nên ngõ ra V01 = 0V, ngõ R =0 có mức thấp. lúc đó opamp(2) có ngõ In+ nhỏ hơn ngõ In- nên ngõ ra V01 = 0V nên ngõ ra V02 = 0V ,
37
ngõ S=0 có mức thấp. mach F/F có R=0 và S=0 nhờ cấu trúc của mạch chi tiết nên F/F có ngõ ra Q mức cao và qua mạch đảo ngõ ra ở chân 3 có mức thấp gần 0V. khi ngõ ra Q đảo có mức cao tạo pga6n cực bảo hòa cho T2 nên làm cho T2 dẫn nối chân 7 nối mass. Chân 6 cũng bị nối mass nên tụ điện C không thể nạp điện, mạch sẽ ở mãi trạng thái này nếu không có tác động từ bên ngoài
Khi đóng khoa K sẽ có xung âm tác động vào chân trigger số 2 làm opamp (2) đổi trạng thái, ngõ S lên mức cao , mức cao của ngõ S điều khiển làm F/F đổi trạng thái, ngõ Q đảo xuống mức thấp , ngõ ra mạch đảo sẽ lên mức cao và chân 3 có điện áp dương ở ngõ ra.lúc đó Q đảo ở mức thấp nên T2 ngưng dẫn để tụ C nạp điện qua Rt .Trong thời gian nạp điện mạch vẫn giữ nguyên trạng thái này nên ngõ ra ở mức cao
Điện áp trên tụ tăng theo hàm mũ và khi điện áp trên tụ đạt 2/3 vcc thì opamp (1) đổi trạng thái, R tăng lê mức cao R=1 , ngõ R mức cao sẽ điều khiển F/F đổi trạng thái cũ ngõ Q đảo lên mức cao làm ngõ ra mạch đảo xuống mức thấp chấm dứt xung dương ở ngõ ra. Đồng thời ,lúc đó T2 được phân cực bão hòa nên chân 7 nối mass làm tụ C xả điện .Mạch sẽ ổn định ở trạng thái này nếu không có xung âm tác động vào chân trigger số 2.
Thời gian xung dương ra tức là thời gian nạp điện từ 0V lên 2/3 Vcc được tính như sau:
Điện áp nạp trên tụ tăng theo hàm số mũ là :
Vc =Vcc (1- e Tt / ) trong đó :T =Rt.C
Thời gian tụ nạp được điện thế từ 0V lên 2/3Vcc là t được tính bởi :
Vc =Vcc(1- e Tt / ) =2/3Vcc
Suy ra: (1- e Tt / )= 2/3 hay là 1-2/3 = e Tt /
1/3= e Tt / = 1/ e Tt / e Tt / =3
cuối cùng ta có hàm số ngược của hàm số mũ là ln. như vậy : t =T. ln3 (ln=1,1)
t= 1,1 . Rt.C
38
3.Dạng sóng ra tại các chân :
Bình thường chân 2 phải có điện áp lớn hơn 1/3Vcc , khi có xung âm thì có
biên độ xung phải làm điện áp chân 2 nhỏ hơn 1/3Vcc.
Khi vừa có xung âm ở chân 2 thì ngõ ra bắt đầu có xung dương và tụ C bắt đầu nạp điện .
Thời gian xung dương ra t không tùy thuộc vào độ rộng xung âm ở ngõ vào mà chỉ tùy thuộc hằng số thời gian T của mạch định thì .Nếu dùng biến trở VR thay cho Rt ta có thể thay đổi độ rộng xung ra .cách khác là thay đổi tụ C bằng các điện dung có trị số khác nhau .
4.Mạch trì hoãn dùng kiểu đơn ổn :
39
Mạch trì hoãn dùng kiểu đơn ổn
Mạch đơn ổn đươc ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực tự dộng điều khiển và đặc biệt là mạch trì hoãn .Trong thực tế ,người ta không cần tạo xung điều khiển cho vào chân số 2(Trigger) mà mạch tự tạo xung khi mở điện . như vậy khi mới mở điện ở ngõ ra cũng bắt đầu có xung ra.
Mạch điện trên là sơ đồ mạch tự tạo xung khi mới mở điện . trong sơ đồ chân số 2(trigger) được nối đến chân số 6(threshold=thềm) nên sẽ có chung điện áp giữa mạch nạp Rt.C để so với hai điện áp chuẩn trong Ic là 1/3 Vcc và 2/3 Vcc.
Khi mở điện tụ C bắt đầu nạp từ 0V lên nên Opamp(2) có ngõ V In+ lớn hơn ngõ In- , ngõ ra V02 ở mức cao , ngõ S cũng ở mức cao . Mạch F/F có ngõ Q đảo ở mức thấp và ngõ ra của Ic có Vo =Vcc ,có nghĩa là tức thời có xung ra . Lúc đó , Opamp (1) có ngõ In+ nhỏ hơn ngõ In- nên ngõ ra V01 ở mức thấp ,ngõ R cũng ở mức thấp
Khi tụ nạp điện áp đến mức 1/3 Vcc thì Opamp (2) đối trang thái , ngõ S xuống mức thấp nhưng mạch F/F vẫn giữ nguyên trạng thái và xung vẫn đang còn ở ngõ ra .
Khi tụ nạp điện áp đến mức 2/3Vcc thì opamp(1) đổi trạng thái ngõ Rle6n mức cao làm mạch F/F cũng đổi trang thái , ngõ Q tăng lên mức cao làm ngõ ra của Ic giảm xuống mức thấp Vo = 0V và chấm dứt xung ở ngõ ra .
Thời gian có xung ra , hay độ rộng , chính là thời gian tụ C nạp từ oV đến 2/3Vcc và cũng được tính theo công thức :
40
t= 1,1Rt.C
trong mạch này chân 7(discharge:xả điện) để hở , không nói vào mạch nạp Rt.C nên tụ C sẽ không xả điện và mạch sẽ giữ mãi trang thái này . Muốn có xung ra tiếp thì phải tắt điện rồi mở lại .
trị số điện trở Rt và C, được giới hạn trong khoảng :
Rt =10KΩ đến 14 KΩ
C= 100pF đến 1000pF
Với các trị số trên Rt và C ,mạch đơn ổn có thể cho ra xung có độ rộng xung ngắn nhất khoảng vài us đến vài giờ .
Như vậy khi mở điện ,rờ le RY không có điện do
Vo =Vcc .sau khi chấm dứt xung ,tức là sau thời gian t thì Rơ le Ry có điện vì Vo=0V , khi rơle có điện sẽ đóng hay mở các tiếp điểm để điều khiển mạch khác , thường là mạch công suất .
Thực ra Ic 555 và họ Ic định thì của nó có ứng dụng rất đa dạng , trong chương này chỉ giới thiệu hai ứng dụng cơ bản nhất của nó là mạch đa hài phi ổn và đa hài đơn ổn .
IV. Ic555 giao tiếp với các loại tải:
Ic555 có thể giao tiếp với nhiều loại tải khác nhau và tùy trường hợp mỗi loại tải đều có mắc theo hai cách :
_tải được cấp điện khi ngõ ra có điện áp thấp .lúc đó ,Ic sẽ nhận dòng điện tải theo chiều từ nguồn qua tải rồi qua Ic . Dòng điện tải trường hợp này được gọi là I nhận.
_tải được cấp điện khi ngõ ra có điện áp cao . lúc đó Ic sẽ cấp dòng điện cho tải theo chiều từ nguồn qua Ic rồi qua tải .Dòng điện tải trong trường hợp này được gọi là I nguồn .
41
Khả năng cung cấp dòng điện và điện áp của Ic 555 như sau :
1.Diện áp ra ở mức thấp :
Với Vcc= 15V .điện áp Vo chính là Vce2 khi T2 bão hòa .
I L = 10mA => Vo = 0,1V I L = 50mA => Vo = 0,4V I L = 100mA => Vo = 2V I L = 200mA => Vo = 2,5V
2.Diện áp ra ở mức cao :
Với Vcc = 15V. Điện áp Vo = Vcc – Vce2 khi t1 bão hòa .
I L = 100mA => Vo = 13,3V => Vce2 = 1,7V I L = 200mA => Vo = 12,5V => Vce2 = 2,5V
3.Tải là led:
42
Điện áp ra ở mức thấp Điện áp ra mức cao
Nếu tải là led thì phải dùng diện trở ghép nối tiếp với led để giới hạn dòng qua led .
Tùy theo cách mắc tải mà dòng điện qua led có công thức tính khác nhau.
4.Tải là Rơle:
Ic555 có thể giao tiếp với các loại role điều khiển .các loại role này có dòng thường nhỏ dưới 100mA và điện áp cũng thường ở mức thấp như 6V-12V-24V.
43
Điện áp ra ở mức thấp Điện áp ra mức cao
Trong mạch tải rơle có diot D ghép song song để nối tắt điện áp ngược do cuộn dây của rơle tạo ra khi mất điện đột ngột .
44
CHƯƠNG IV. PHÂN TÍCH - THIẾT KẾ
I. Sơ đồ ngyên lý :
II.Nguyên lí hoạt động:
Khi mới cấp nguồn cho mạch điện áp xoay chiều qua mạch chỉnh lưu sẽ chuyển thành dòng 1 chiều ổn định có trị số là 12 V.
Điện áp 12V này sẽ phân cực cho điện trở 15k và 1k làm cho mạch đa hài phi ổn hoạt động. Đồng thời điện áp này cũng sẽ phân cực cho mạch đa hài đơn ổn sẳn sàng hoạt động khi có xung âm kích vào từ mạch đa hài phi ổn.
Khi có xung âm kích vào mạch đa hài đơn ổn từ mạch đa hài phi ổn thì ngõ ra của mạch đa hài đơn ổn sẽ có xung dương ra , độ rộng xung dương ở ngõ ra không phụ thuộc vào độ rộng của xung âm mà phụ thuộc vào các linh kiện trong mạch (tức là phụ thuộc vào biến trở 10K và tụ 1uf ) .
Khi có xung dương ở ngõ ra mạch đa hài đơn ổn thì nó sẽ điều khiển làm cho BJT dẫn cho dòng điện đi qua motor làm motor hoạt động.
C3C
Q1
Q2SC1815
S2
U1
LM7812/TO
1 3
2
VIN OUT
GN
D
0
R1
1k
0R2
1kR6
1k
U3
NE555
9
10
13
118
12
7
OUT
RST
DSCHG
CV
TR
G
THR
GN
D0
0
D2D1
0
0U2
NE555 34
5
62
1
14
CV
RST
OUT
TRGTHR
DSCHG
VCC
R4
1k
A -+
MG1
MOTOR SERVO
1 2
Q4Q2SC1815
D3
S1
C2
1n
R3
0
C1
1n
0
C5C
R5
1k
Q2
Q2SC1815
R7
1k
0
Q3Q2SC1815
0
C4C
0
D4
45
III.Phân tích – thiết kế :
1. Mạch chỉnh lưu
Trong sơ dố trên ta sử dụng IC556 với 2 mục đích là :
- Mạch 1 là mạch đa hài phi ổn tạo ra xung vuông để kích khởi cho
mạch 2
- Mạch 2 là mạch đa hài đơn ổn với mục đích là điều chỉnh độ rộng xung dương ở ngõ ra thông qua biến trờ
Do mạch sử sụng điện áp DC 12v nên phải có mạch chỉnh lưu từ điện áp xoay chiều một pha sang điện áp DC12v
Mạch chỉnh lưu
C6
1000uF
D3
1N4007
D2
1N4007
D6
7812
1
2
3
0
0
D1
1N4007
D4
1N4007
0
46
Trong mạch chỉnh lưu trên gồm 4 diot ghép lại với nhau thành 1 cầu diot với mục đích là chình lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều nhưng dòng diện một chiều ở ngõ ra của cầu diot vẫn còn nhấp nhô chưa đươc phẳng (hình 1)
Để dòng điện dược phẳng ta có thể mắc thêm tụ có trị số là 1000uF và TL7812 để tạo ra diện áp 12Vdc ở ngõ ra.
Như vậy từ diện áp xoay chiều một pha ở ngõ vào ta đã xử lí thông qua mạch chỉnh lưu dể thu được diện áp 1 chiều 12v ở ngõ ra
2.Mạch đa hài phi ổn sử dụng ic 556(mạch 1):
Với nguyên lí hoạt động đã đươc giới thiệu ở chương II ta có dạng sóng ở một số chân như sau :
0
R31K
U2A
NE556 3
5
1
14
62
4C
V
OUT
DSCHG
VC
C
TRGTHRES
RST
C11uF
R115K
VCC
C20,01uF
0
47
Dạng sóng ở chân 5:
Mục đích của mạch trên là kích khởi cho mạch da hài phi ổn phía sau khi có điện áp thấp ở ngõ ra
3.Mạch đơn ổn sử dụng ic 556(mạch 2):
V8
t
48
Với nguyên lí đã dược giải thích ở chương II , ta có một số dạng sóng ở các chân khi có diện áp thấp kích vào chân 8 từ mạch đa hài phi ổn
VCC
0
0 C30,01uF
0
RV110K
U1A
NE556 3
9
13
78
12
10C
V
OUT
DSCHG
GN
DT
RG
THRES
RST
C41uF
V8
t
49
4.Các thông số của mạch:
Khi mới cấp điện thì tụ nạp theo hàm mũ đồng thời với thời gian tụ nạp là ngõ ra chân 5 có xung dương . vậy thời gian xung dương tồn tại ở ngõ ra được tính theo công thức:
T nạp =0,69.16.10^-3 =0,01104(s)
Khi tụ xả thì điện áp ngõ ra có mức thấp và thời gian tồn tại của mức thấp ở ngõ ra là:
T xã =0.69.1.10^-3 = 6,9.10^-4(s)
Như vậy chu kỳ xung vuông ở chân 5 là:
T=0,01104+6,9.10^-4 =0,01173 (s)
Khi có xung âm kích vào chân 8 thì ngõ ra chân 9 có mức điện áp cao ,thời gian xung dương tồn tại ở ngõ ra phụ thuộc vào biến trở theo công thức:
T x =1.1.RT.1.10^-6
V9
t
50
Như vậy khi có xung âm kích khởi vào chân 8 thì ngõ ra chân 9 sẽ có mức điện áp cao qua cầu phân thế phân cực cho TRANSISTOR dẫn . Transistor có công dụng như là một công tắc để điều khiển cho động cơ.
Như vậy thông qua biến trở RT ta có thể điều chỉnh được điện áp đặt vào động cơ và tốc độ của nó hoàn toàn phụ thuộc vào cách điều chỉnh biến trở.
Nếu chọn biến rở có giá trị là 10 K thì dạng sóng như sau:
T x=1,1.10.10^-3=0,011(s)
V8
t
V9
t
51
Nếu chỉnh biến trở đến mức tối đa thì điện áp trung bình cực đại đặt lên tải là:
01173,01
011,0
0
.12 dt =11,3(v)
Tần số hoạt động của mạch :
f= 01173,01
=85,3(Hz)
Datasheet của TIP31
V8
t
t
V9
52
53
54
55
II. Thi công mạch:
56
KẾT LUẬN:
Như vậy trong quá trình phân tích và thi công mạch nhóm đã nghiên cứu phần lớn những vấn đề cốt lõi của đề tài,nhưng do thời gian nghiên cứu và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sự thiếu sót mong quí thầy cô và các bạn nhiệt tình đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn chỉnh hơn .
Chúng ta có thể mở rộng và phát triển đề tài thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều, động cơ 3 pha……
TÀI LIỆU KHAM KHẢO
-VI MẠCH VÀ MẠCH TẠO SÓNG-TỐNG VĂN ON
-GIÁO TRÌNH KĨ THUẬT XUNG CĂN BẢN VÀ NÂNG CAO
-GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
-Các trang web:
Google.com.vn Alldatasheet.com.vn Ebook.com