Bài giảng Kỹ thuật điện điện tử - Chương 08: Diode và các mạch ứng dụng

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật điện điện tử - Chương 08: Diode và các mạch ứng dụng

1. 284 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 GIÀI Biên độ áp sơ cấp: V1m 100 V Áp hiệu dụng sơ cấp: V 100 1m V51 02V 22 EV11 Tỉ số biến áp : K2  ba EV HÌNH H8.44 22 V 50 2 Áp hiệu dụng thứ cấp biến áp: 1 V25235,36V2  K2ba V. 2 25 2 . 2 Khi xem diode lý tưởng, áp cực đại trên tải là: V25V 2 Lmax 22 2.V 225 Áp trung bình trên tải: V Lmax 15,915 V AVG V 15,916 V Dòng trung bình qua tải: AVG I1,59mAAVG  R10kL  Công suất DC tiêu thụ trên tải: PDC V AVG .I AVG 15,915 V  1,59mA 25,33 mW Áp ngược đỉnh tác động trên mỗi diode lúc phân cực nghịch: PIV V V 2 25 2 2 50 V 2m 2 Nếu áp dụng mô hình thực nghiệm, áp ngược đỉnh xác định theo quan hệ sau: PIV V2m 0,7V 49,3V 8.5.3.CHỈNH LƯU TOÀN KỲ DÙNG MẠCH CẦU DIODE (CẦU GRAETZ) : a Gọi áp tức thời ở sơ cấp biến áp là: và áp vt11  V.sintVm n c tức thời ở phía thứ cấp biến áp là: vt v t V.sintV  . 2a b2 m b T ại bán kỳ dương của áp a./ Trong bán kỳ dương, diode D1 và D2 dẫn, diode D3 và D4 ngưng dẫn thứ cấp , ta có điện thế tại các nút a và b là: suy ra VVVVacnb a diode D1 và D2 phân cực thuận, hay các diode D1 và D2 dẫn và các c diodeD3 và D4 ngưng dẫn. n Dòng điện từ nút a thứ cấp qua diode D1 đến c qua tải đến n b qua diode D2 đến nút b quay về thứ cấp, xem hình H8.45. Ta có phương b./ Trong bán kỳ âm, diode D1 và D2 ngưng dẫn, diode D3 và D4 dẫn trình cân bằng lúc này là: HÌNH H8.45 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
2. 286 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 Với mô hình thực nghiệm của diode điện áp trên các diode khi phân cực thuận có giá trị là 0,7V ; áp ngược đặt lên các diode đang phân cực nghịch là: VVvt0,7V (8.42) RRLD3 D4 max Thế (8.35) vào (8.42) suy ra: PIV V V v t 1,4 0,7 V 0,7V (8.43) RR2D3 D4 max 2m T ương tự tại bán kỳ âm của áp thứ cấp, điện thế tại các nút a và b là: . VVVVacnb Lúc các diode D1 và D2 phân cực nghịch ta có các phương trình cân bằng áp như sau: vV V vt (8.44) ca RD1 F D3 L Và: vV V vt (8.45) bn RD2 F D4 L Với mô hình diode lý tưởng điện áp trên các diode khi phân cực thuận có giá trị là 0V, từ các quan hệ (8.44) và (8. 45) suy ra áp ngược đặt lên các diode đang phân cực nghịch là: VVvtvtV (8.46) RRLD3 D4 max 2 max 2m Với mô hình thực nghiệm của diode điện áp trên các diode khi phân cực thuận có giá trị là 0,7V ; áp ngược đặt lên các diode đang phân cực nghịch là: VVvt0,7V (8.47) RRLD3 D4 max Thế (8.38) vào (8.47) suy ra: PIV V V v t 1,4 0,7 V 0,7V (8.48) RRD3 D4 2 max 2m THÍ DỤ 8.6: Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng mạch cầu với mô hình diode lý tưởng; biết áp hiệu dụng thứ cấp biến áp là . V12V2 V Xác định : 2 V a./ Áp và dòng trung bình, công L suất tiêu thụ trên tải. b./ Áp ngược tác động lên mỗi diode trong sơ đồ cầu khi áp HÌNH H8.46 dụng mô hình thực nghiệm diode GIẢI Biên độ áp thứ cấp: V122V16,97V2m Khi xem diode lý tưởng , áp trung bình trên tải: VAVG 0,9 V2 0,9 12 10,8 V V 10,8 V Dòng trung bình qua tải: AVG I1,08mAAVG R10kL  Công suất DC tiêu thụ trên tải: PDC  V AVG .I AVG 10,8 V 1,08mA 11,66 mW Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
3. 288 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 Gọi áp đặt ngang qua hai đầu tụ C là ; khi áp vào đạt vtC đến giá trị đỉnh áp vtin Vm trên tụ là (khi vtCm V 0,7V a./ Khi diode phân cực thuận, tụ bắt đầu nạp điện tích và tăng dần điện áp áp dụng mô hình thực nghiệm của diode). Cần chú ý trong khoảng thời gian này, áp tức thời trên tải và áp tức thời trên tụ hoàn toàn giống nhau. Sau khi đạt đến mức đỉnh áp vào bắt đầu giảm thấp giá trị (ở nửa giai đoạn còn lại trong bán kỳ dương). Bây giờ áp trên b./ Khi áp vào đạt đến giá trị cực đại, diode bị phân cực nghịch ngưng dẫn. tụ C cao hơn áp vào, diode bị Tụ phóng điện qua điện trở tải RL phân cực ngược; tụ ngừng nạp điện. Vì tụ đấu song song với điện trở tải, điện tích đang tích trên các cực dương của tụ sẽ đi qua tải để đến cực âm của tụ để trung hòa các điện tích ở cực âm; quá trình này được gọi là quá trình phóng điện của tụ. Thời c./ Khi giá trị tức thời áp vào cao hơn áp VC, diode phân cực thuận trở lại. gian phóng điện nhanh hay chậm Tụ nạp điện trở lại phụ thuộc vào giá trị điện dung C HÌNH H8.48 và trị số điện trở tải RL. Tại bán kỳ âm của áp vào, nếu tụ chưa xả hết điện tích trên các bản cực, áp trên tụ lớn hơn áp vào nên diode vẫn tiếp tục phân cực nghịch. Tụ tiếp tục duy trì quá trình phóng điện. Khi áp vào bắt đầu bán kỳ dương kế tiếp diode tiếp tục phân cực nghịch ; khi áp vào tức thời lớn hơn áp tức thời trên tụ C 0,7V tụ chấm dứt quá trình phóng điện và diode bắt đầu phân cực thuận. Quá trình nạp điện tích cho tụ tiếp diển. 8.6.2. ÁP TỨC THỜI TRÊN TẢI KHI CHỈNH LƯU TOÀN KỲ CÓ MẠCH LỌC TỤ : Với mạch chỉnh lưu toàn kỳ có mạch lọc tụ điện, nguyên lý hoạt động được giải thích tương tự như trường hợp chỉnh lưu bán kỳ. Cho mạch chỉnh lưu dùng cầu diode theo hình H8.49. T ại bán kỳ dương của áp vào giả sử tụ vt1 chưa nạp điện tích ban đầu, các diode D1 và D2 dẫn cấp dòng nạp điện tích cho tụ và đồng thời cấp dòng qua tải R1. Trong khoảng thời gian này áp trên hai đầu tải cũng là áp trên hai đầu tụ C1 ; điện áp này có dạng giống như điện áp (khi xem vt1 các diode D1 và D3 là lý tưởng). Nếu áp dụng mô hình thực nghiệm của diode , áp trên tải và tụ có HÌNH H8.49 dạng giống như áp vt 1,4V . 1 Xem hình H8.50, đoạn từ gốc tọa độ đến a. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
4. 290 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 Từ (8.52) và (8.53), suy ra áp tức thời trong khoảng thời gian tụ phóng điện, giai đoạn từ a đến b là: t RC11 vtC1m (V1,4).e (8.54) T ại b, điện áp ở bán kỳ âm nhưng vì diode D3 và D4 ở trạng thái phân cực thuận vt1 và bắt đầu dẫn cấp áp đến tải và tụ C1. Tụ lọc bắt đầu nạp điện tích trở lại dạng điện áp trên tải có dạng của điện áp nguồn vt 1,4V . Giai đoạn này xãy ra trong khoảng từ b đến c. 1 T ại c các diode D2 và D3 bị phân cực nghịch và tụ C phóng điện qua tụ như quá trình đã diển ra trong khoảng thời gian từ a đến b. Quá trình tiếp tục diển tiến có tính chất tuần hoàn qua các giai đoạn như vừa trình bày. 8.6.3. HỆ SỐ NHẤP NHÔ ĐIỆN ÁP TRÊN TẢI : Qua các nội dung phân tích trên, tín Độ nhấp nhô (Ripple) hiệu trên tải của mạch chỉnh lưu có dạng phẳng hơn khi dùng thêm mạch lọc. Tùy thuộc vào giá trị điện dung của tụ lọc phạm vi chênh lệch giữa giá trị áp cao nhất và á thấp nhất trên tải sẽ thay đổi. Khoảng chênh lệch giữa mức thấp nhất và cao Độ nhấp nhô (Ripple) nhất trên áp tải gọi là độ nhấp nhô (Ripple). Gọi : r là hệ số nhấp nhô. là phạm vi chênh lệch giữa mức Vrpp cao nhất và thấp nhất của áp trên tải. V là áp định hay giá trị cao nhất của áp P HÌNH H8.51: Độ nhấp nhô trên áp tải trên tải. là áp trung bình hay áp DC trên tải VAVG Vrpp VP VAVG HÌNH H8.52: Định nghĩa hệ số nhấp nhô trên áp tải. Theo toán học với áp trên tải là có tính tuần hoàn. Ta có thể khai triển áp theo vtL vtL Fourier. Lúc đó được xem như tổng hợp từ nhiều áp hình sin thành phần khác tần số và vtL biên độ. Tần số của tín hiệu sin thành phần bằng tần số với áp gọi là tần số cơ bản và các vtL tín hiệu sin thành phần khác có tần số cao hơn được gọi là sóng bậc cao. Theo phương pháp này hệ số nhấp nhô được gọi xác định theo quan hệ sau Giaù trò hieäu duïng cuûa caùc thaønh phaàn xoay chieàu r (8.55) VAVG Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
5. 292 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 tiến tới giá trị . Khi điện áp trên tải được lọc phẳng, với hệ số nhấp nhô trên tải thấp VLmin Vin max hơn 10% và T << T ta có . Quan hệ (8.58) được viết lại như sau: nạp phóng tTdis  (8.59) V.CI.Trpp ph Khi tín hiệu lọc phẳng, dòng Iph là dòng phóng điện của tụ qua tải cũng chính là dòng trung bình qua tải, do đó: V AVG (8.60) Iph RL T ừ các quan hệ (8.59) và (8.60) ta suy ra: V T rpp (8.61) VR.CAVG L Muốn xác định một cách đơn giản giá trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều chứa trong khai triển Fourier của áp chúng ta xem gần đúng có dạng áp răng cưa . Dời vtL vtL trục tọa độ sao cho trục hoành trùng với mức áp trung bình . Giá trị hiệu dụng của thành phần VAVG xoay chiều là giá trị hiệu dụng của áp hiện có sau khi thực hiện phép dời trục. Trong hình vtL H8.54 , áp là dạng áp sau khi dời trục. vtLAC vtL V vtLAC rpp 2 Vrpp t V rpp T1 2 T HÌNH H8.54: Áp sau khi dời đến hệ trục mới với trục hoành trùng với mức áp . vtL VAVG Áp tức thời trong hình H8.54 được xác định như sau: vtLAC V T rpp 1 vtLAC .t (0tT) 1 T2 1 (8.62) VV vt rpp tT rpp (TtT) LAC TT 1 2 1 1 Gọi là áp hiệu dụng của ta có: VLAC vtLAC 2 2 2 2 2 11TTTV 1 TtT 1 V v t .dt rpp t 11 .dt V .dt LAC 00T LAC rpp TTT22TT 1 11 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
6. 294 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 Suy ra: T V.1 V (8.73) AVG 2.R .C in max L Hay: V.1r3 V AVG in max Tóm lại: Vin max VAVG (8.74) 1r3 THÍ DỤ 8.7: Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ V 110 V / 50Hz V như trong hình H8.54, tải . 1 2 R20L  Muốn áp trên tải đạt hệ số nhấp nhô yêu cầu tính điện dung C r3,5%yc của tụ lọc. Suy ra các thông số dòng áp HÌNH H8.54 DC trên tải GIẢI Đầu tiên xác định các số liệu cho trong thí dụ: Áp hiệu dụng phía sơ cấp biến áp : . V1 110 V Khi bỏ qua độ thay đổi áp thứ cấp khi mang tải, áp hiệu dụng phía thứ cấp là: V 110 1 V11V2  K10ba Chỉnh lưu dùng cầu diode, chỉnh lưu toàn kỳ. Tần số nguồn áp cấp vào chỉnh lưu là: 50Hz. Hệ số nhấp nhô yêu cầu là . r3,5%yc 1 1 Áp dụng quan hệ (8.69), ta có: hay rr yc C 43.f.R.CL 4 3.f.RLyc .r Suy ra: 1 C  F hay C 4123,93 F 4 3.50.20.0,035 Chọn giá trị điện dung C phù hợp giá trị thực tế. Ta chọn C4700F  . Tính lại hệ số nhấp nhô với giá trị điện dung của tụ lọc vừa chọn. 1 r  0,0307 4 3.50.20.4700.10 6 Điện áp DC trên tải: VV 11. 2 in max 2 max V14,77VAVG 1 r 3 1 r 3 1 0,0307 3 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
7. 296 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 ĐẶC TUYẾN VOLT AMPERE PHÂN CỰC NGHỊCH CỦA DIODE ZENER: Trong hình H8.57 trình bày vùng phân cực nghịch trên đặc tuyến volt ampere của diode Zener. Khi áp phân cực nghịch V gia tăng, dòng phân cực Dòng Zener tại R điểm khuỷu nghịch duy trì giá trị rất thấp cho đến IR điểm khuỷu trên đặc tuyến. Dòng điện Dòng Zener phân cực ngược còn được gọi là dòng thử nghiệm Zener . IZ Tại ngay điểm bắt đầu xảy ra quá trình phá vở phân cực ngược, điện Dòng Zener trở nội hay tổng trở Zener bắt đầu ZZ cực đại giảm nhanh và dòng phân cực ngược tăng giá trị nhanh chóng . Tại vị trí bên dưới điểm khuỷu áp Zener duy trì gần như không đổi HÌNH H8.57: Đặc tuyến Volt Ampere phân cực nghịch VZ Của diode Zener. (hơi tăng rất ít) khi dòng gia tăng . IZ TÍNH ĐIỀU HÒA ÁP CỦA DIODE ZENER: Khi diode Zener hoạt động trong vùng phân cực ngược, có khả năng duy trì áp ngược đặt ngang qua hai đầu diode có giá trị hầu như không đổi khi dòng phân cực nghịch thay đổi trong phạm vi rộng, ta nói diode Zener có tính điều hòa hay ổn định điện áp. Gía trị nhỏ nhất của dòng điện phân cực ngược là phải được duy trì để diode Zener IZK hoạt động như bộ ổn áp. Khi dòng qua diode Zener có giá trị thấp hơn mức tính ổn áp của IZK Zener sẽ biến mất. Gía trị lớn nhất của dòng điện phân cực ngược là cũng cần được duy trì, khi IZM dòng qua diode Zener có giá trị cao hơn mức diode bị hỏng do công suất tiêu tán nhiệt trên IZM diode quá lớn. Một cách cơ bản, diode Zener có khả năng duy trì điện áp đặt ngang qua hai đầu diode hầu như không đổi khi dòng điện ngược thay đổi trong phạm vi từ đến . Trong các tài IZK IZM liệu trình bày đặc tính kỹ thuật của diode Zener cho bởi các nhà sản xuất, áp định mức của diode Zener được cho theo dòng điện phân cực nghịch thử nghiệm . Giá trị của dòng thường VZT IZT IZT là trung điểm của phạm vi dòng điện từ đến . IZK IZM 8.7.2.MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DIODE ZENER: Trong hình H8.58a trình bày mẫu diode lý tưởng của diode Zener trong trạng thái phân cực nghịch. Giá trị của nguồn áp không đổi bằng giá trị định mức của VZ diode Zener. Nên nhớ, nguồn áp này chỉ có giá trị biểu diễn trạng thái hoạt động của diode và bản thân của diode không tạo ra sức điện động. Trong hình H8.5b trình bày mẫu thực nghiệm của diode Zener trong trạng thái phân cực nghịch bao gồm tổng trở nội của diode zener. Đặc tuyến Volt VZ a./ Lý tưởng b./ Thực nghiệm ampere thực tế không hoàn toàn thẳng đứng trong đoạn HÌNH H8.58: làm việc. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
8. 298 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 8.7.3.CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN DIODE ZENER: 8.7.3.1.HỆ SỐ NHIỆT (TEMPERATURE COEFFICIENT): Hệ số nhiệt của diode Zener được định nghĩa là phần trăm thay đổi điện áp zener khi o nhiệt độ môi trường thay đổi 1 C. Hệ số nhiệt được ký hiệu là TC . Gọi VZ là độ thay đổi áp zener khi khoảng nhiệt độ môi trường thay đổi là T và VZ là áp zener định mức (thường được xác định tại nhiệt độ 25oC). Ta có quan hệ sau: VVTCTZZ (8.76) % Đơn vị của các đại lượng trong quan hệ (8.75) là: ; và VVVZZ TC oC TC o . Hệ số nhiệt TC có thể có giá trị dương hoặc âm. Với hệ số nhiệt dương, khi nhiệt độ gia tăng áp zener tăng; ngược lại với hệ số nhiệt âm khi nhiệt độ gia tăng áp zener giảm. mV Trong một số các tài liệu kỹ thuật , đơn vị của hệ số nhiệt được tính theo , trong oC trường hợp này quan hệ (8.75) được viết lại như sau: VTCTZ (8.77) THÍ DỤ 8.9: o Cho diode Zener có áp zener là V8,2VZ tại nhiệt độ môi trường là 25 C, biết hệ số nhiệt của diode Zener là TC 0,05 % . Xác định áp zener tại 60oC. oC GIẢI 0,05 Áp dụng quan hệ (8.76) ta có: V 8,2 60 25 0,1435 V Z 100 Áp zener tại 60oC là: V  V V 8,2 0,1435 8,34 V ZZ60oo C 25 C Z 8.7.3.2.CÔNG SUẤT TIÊU TÁN (POWER DISSIPATION): Công suất tiêu tán cực đại là công suất tiêu thụ tối đa cho phép khi diode zener hoạt động. Gọi PDmax là công suất tiêu tán tối đa cho phép và PD là công suất tiêu tán trên diode zener tại điểm làm việc bất kỳ. Ta có quan hệ sau: PVIDZZ (8.78) Giá trị PDmax của mỗi diode zener được xác định bởi nhà sản xuất tại nhiệt độ chuẩn o định trước (giả sử tại 50 C). Khi nhiệt độ môi trường thay đổi , giá trị PDmax cho phép giảm xuống khi nhiệt độ gia tăng. Gọi KDP là hệ số giảm công suất tiêu tán (Derating Power mV Coefficient) cực đại; đơn vị của hệ số này là . Ta có quan hệ sau: KDP oC PPKT (8.79) DDDP T Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
9. 300 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 Tương ứng với dòng lớn nhất qua diode zener, điện áp đặt ngang qua hai đầu điện trở giới hạn R  200 là : VRmax  R.I ZK 220 100mA 22 V Giá trị cao nhất của áp ngõ vào là : Vinmax V Rmax V Z 22V 510V 32V Trong quá trình tính toán này chúng ta bỏ qua ảnh hưởng của tổng trở nội zener , thực chất điện áp ngõ ra hơi thay đổi khác giá trị 10 V khi áp vào thay đổi trong phạm vi từ 10,055 V đến 32 V. THÍ DỤ 8.11: Cho mạch điều hòa điện áp dùng diode zener có mã số 1N4733, xem hình H8.62. Từ tài liệu kỹ thuật ta có các thông số: V5,1VZ ; I49mAZT ; I1mAZK ; P1WDmax và Z7Z  . Xác định giá trị min và max của áp ngõ vào V để diode HÌNH H8.62 in zener điều hòa điện áp trên ngõ ra. GIẢI Giả sử giá trị tổng trở nội của diode zener có giá trị không đổi trong phạm vi dòng điện qua zener được khảo sát, mạch điện tương đương của didode zener được vẽ lại trong hình H8.63. Tại lúc dòng điện qua diode zener có giá trị nhỏ nhất I1mAZK , điện áp ra VOUT đo trên hai đầu diode zener được xác định HÌNH H8.63 theo quan hệ sau: VOUT min V Z Z Z I ZK I ZT 5,1 7 0,001 0,049 4,764 V Dòng tối đa cho phép qua diode zener: PDmax 1 IZM 0,196 A V5,1Z Áp VOUT đo trên hai đầu diode zener lúc dòng IZM qua mạch: VOUT max V Z Z Z I ZM I ZT 5,1 7 0,196 0,049 6,129 V Áp VIN trên ngõ vào lúc dòng qua mạch là IZK : VINmin R.I ZK V OUT min 100 0,001 4,764 4,964 V Áp VIN trên ngõ vào lúc dòng qua mạch là IZM : VINmax R.I ZM V OUT max 100 0,196 6,129 25,729 V Tóm lại điện áp ngõ vào cho phép thay đổi trong phạm vi: 4,96 V đến 25,73V để điều hòa áp ngọ ra trong phạm vi : 4,76 V đến 6,13 V. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
10. 302 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 THÍ DỤ 8.13: Cho mạch điện hình H8.66, trong đó diode zener 1N4744 có các thông số kỹ thuật như sau: V15VZ tại dòng I17mAZT ; I0,25mAZK ; Z14Z ; P1WD(max) . Xác định: a./ Áp VOUT tại dòng IZK và IZM . b./ Giá trị điện trở giới hạn R. HÌNH H8.66 c./ Giá trị cực tiểu của điện trở tải RL . GIẢI a./ Áp VOUT với dòng điện cực tiểu qua diode, ta có: VOUT V Z V ZK Z Z I Z 15 14 0,00025 0,017 14,7655 V Dòng cực đại cho phép qua diode zener: PD(max) 1 IZM 0,06667 A 66,67mA V15ZT Áp VOUT với dòng điện cực đại qua diode : VOUT V Z V ZK Z Z I Z 15 14 0,06667 0,017 15,695 V b./ Tính toán giá trị điện trở giới hạn theo dòng điện cực đại qua diode zener lúc không tải. Ta có: VV 24 15,695 R IN OUT max 124,57 IZM 0,06667 Khi điện trở giới hạn R là điện trở than; chọn điện trở có giá trị tiêu chuẩn gần giá trị tính toán là: 130  . c./ Giá trị cực tiểu của điện trở tải RL . Dòng qua điện trở giới hạn R khi dòng qua diode zener có giá trị cực tiểu: VVIN OUT(min) 24 14,76 I 0,071 mA T R 130 Dòng qua điện trở tải RL khi dòng qua diode zener có giá trị cực tiểu: ILTZK I I 0,071 0,00025 0,07075 A 70,75 mA Giá trị điện trở tải tối thiểu cho phép để áp ngõ ra được ổn định: VOUT min 14,76 RLmin  208,62 209 IL 0,07075 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
11. 304 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 BÀI TẬP CHƯƠNG 8 BÀI TẬP 8.1 Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ với mạch lọc dùng tụ cung cấp điện áp DC 26 V cho tải điện trở 3,3 kΩ . Giả thiết diode là lý tưởng, xác định : a./ Giá trị cực tiểu cho tụ lọc biết điện áp tức thời trên tải có giá trị nhấp nhô trong phạm vi 0,5 V. Chọn giá trị điện dung gần dảy giá trị thực tế (10 ; 22 ; 33 ; 47 ; 100 ; 220 ; 330 ; 470 . . .) . Tính lại hệ số nhấp nhô với giá trị tụ lọc được chọn. b./ Áp hiệu dụng cấp vào mạch chỉnh lưu ĐÁP SỐ: a./ r = 0,01923 ; C = 45,49 µF chọn C = 47 µF r = 1,86 % b./ Vin = 18,97  19 V BÀI TẬP 8.2 Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ không mạch lọc lắp ở thứ cấp biến áp cách ly, biết áp hiệu dụng ngõ vào biến áp là 110 V – 50Hz và áp ngõ ra của mạch chỉnh lưu có giá trị đỉnh là 15 V . Điện trở tải RL  700 . Khi lắp thêm mạch lọc tụ điện áp DC trên ngõ ra là 14 V. Khi xem các diode chỉnh lưu lý tưởng, xác định hệ số nhấp nhô trên tải suy ra điện dung của tụ lọc. ĐÁP SỐ: r = 4,12% ; C = 100 µF BÀI TẬP 8.3 Thiết kế mạch chỉnh lưu toàn kỳ có mạch lọc D D dùng tụ, dùng biến áp cách ly thứ cấp có điểm giữa. 1 3 Áp hiệu dụng thứ cấp biến áp là 18 V – 0 – 18 V. C RL Điện trở tải R680L  . Biết rằng các diode chỉnh V12V lưu lý tưởng, tần số nguồn điện cấp vào biến áp là ab 50 Hz và hệ số nhấp nhô trên tải không vượt quá 5%. ĐÁP SỐ: C = 84,9 µF chọn C= 100 µF , r = 4,25% ; V = 23,7 V V12Vbc DC C R BÀI TẬP 8.4 L Tìm hiểu và giải thích nguyên lý hoạt động D D4 2 của mạch chỉnh lưu trong hình H8.72. Khảo sát mạch theo các trường hợp : a./ TH 1 : Không dùng các tụ lọc C. HÌNH H8.72 b./ TH2 : Có dùng tụ lọc C. BÀI TẬP 8.5 HÌNH H8.73 Vẽ dạng sóng của điện áp ra VOUT của các mạch (a) ; (b); (c) trong hình H8.73. Xét các trường hợp diode là lý tưởng và diode có dạng thực nghiệm. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
12. 306 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009