Dao động nghẹt - Công ty TNHH Tam Hùng

Dao động nghẹt

Thứ hai - 21/01/2013 23:08
Để có thể giảm bớt suy hao do xung ngược tạo ra, chỉ có hai phương án hoặc tạo dao động đối xứng để có thể sử dụng được cả hai nửa chu kỳ (phương án này cũng đã được áp dụng để chế tạo các loại nguồn Switching đối xứng) hoặc tạo nên một tác động hỗ trợ nhằm làm khoảng thời gian tạo nên xung ngược càng ngắn càng tốt và có nghĩa là làm cho xung ngược bị nghẹt lại so với xung thuận vì thế ta sẽ biến mạch dao động nói trên trở thành mạch dao động nghẹt.
Mạch tác động nghẹt được đưa vào mạch dao động tự kích nói trên bằng các phần tử diode và điện trở để hỗ trợ cho việc đưa xung âm trở về mạnh hơn làm cho Base của Q1 bị khoá nhanh hơn (điều đó có nghĩa là dao động nghẹt được hình thành trên cơ chế hồi tiếp âm mạnh hơn để làm cho xung âm bị cắt ngắn).

 

Mạch được trình bày ở hình trên minh hoạ cho ta thấy rõ điều này:

Khi xung ngược được tạo ra vì đây là một xung âm nên nó dẽ dàng đi qua diode D2 để đưa về cho cực Base của Q1 với cường độ dòng điện âm cũng như điện áp âm đặt vào Base rất lớn làm cho Q1 bị khoá ngay lập tức.

Các đồ thị trên đây mô tả cho ta thấy rõ điều này: Cường độ dòng điện IB của transistor Q1 được tạo bởi ba dòng điện bao gồm dòng một chiều định thiên ban đầu là IDC do điện trở R1 cung cấp, dòng xoay chiều được phản hồi từ cuộn L2 thông qua tụ C1 là IC1 và một dòng bán dẫn được chỉnh lưu một nửa chu kỳ của dòng xoay chiều phản hồi từ cuộn L2 bởi diode D2 là ID2. Vì dòng qua diode D2 chỉ được cho qua trong nửa chu kỳ âm nên lúc này dòng điện tổng hợp theo giá trị tức thời được tạo bởi ba dòng nói trên được xác định bởi hệ thức dưới đây:


iB = IDC + IC1 + ID2

= IDC + I0C1.sinwt + I0D2.sinvt

Trong đó, w = 2p.f là tần số góc của dòng xoay chiều do mạch dao động tạo ra.

v cũng được gọi là tần số góc của dòng xoay chiều do mạch dao động tạo ra nhưng chỉ được lưu ý là nó chỉ được xác định bởi pha của dòng điện sao cho:

v = w.t với mọi giá trị của t sao cho k. p <= w.t <= 2k.p

Hệ thức trên được gọi là hệ thức triệt xung ngược bằng xung hồi tiếp âm qua diode D2. Dòng ID2 chính là dòng được mô tả phía dưới nửa âm của đặc tuyến dòng điện (nửa chu kỳ âm được tô đậm).

Nghĩa là chỉ với nửa chu kỳ âm thì dòng điện ID2 mới được xác định. Khi đó, ta có thể mô tả quá trình biến đổi biên dạng của xung dao động do mạch nói trên tạo ra như sau (ta hãy giả sử là mạch dao động có thể tạo ra các xung dao động hình sin như mô tả trên). Trên thực tế, để có thể tạo ra được các dao động hình sin thì mạch dao động cần phải được thiết kế theo đúng các nguyên tắc của một mạch dao động tuyến tính (được trình bày trong giáo trình Vô tuyến điện tử, trong giáo trình này không đề cập đến), còn đối với các mạch dao động bất kỳ thì thực chất không bao giờ tạo ra các hình sin mà luôn có dạng phi sin như được mô tả dưới đây:

Ta hãy lý luận rằng, khi cường độ dòng điện đang tăng mạnh (trong khoảng tuyến tính được xác định giữa hai điểm phi tuyến và điểm bão hoà) thì trong khoảng này tốc độ biến thiên của di /dt rất lớn nên suất điện động tự cảm cũng sinh ra rất mạnh để chống lại sự tăng dòng mà làm cho biên độ của điện áp ra trên cuộn sơ cấp L1 cũng như cường độ dòng điện được tăng dần theo hệ thức dưới đây:

u = VCC + E = VCC – L1.di/dt

Trong đó, i: Cường độ dòng điện tức thời do nguồn cung cấp qua mạch gồm Q1 và L1 (được xác định bởi dòng IC qua transistor Q1).

Cho đến khi cường độ IC của transistor đạt tới bão hoà thì tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện là di /dt = 0 (bị triệt tiêu) thì khi đó biên độ điện áp trên L1 mới có thể đạt cực đại bằng U +0 (do có sự hỗ trợ của suất điện động cảm ứng nên giá trị biên độ cực đại lớn hơn so với điện áp cung cấp VCC, trong thực tế U +0 lớn khoảng gấp rưỡi đến gấp đôi VCC).

Giả sử rằng, trong quá trình mà dòng điện IC tăng như đã được mô tả theo hình trên thì nó sẽ gây ra một từ thông biến thiên qua mạch từ của biến áp và tạo ra trên L2 một suất điện động cảm ứng EL2 có phase chậm hơn so với phase của cuộn sơ cấp L1.

Suất điện động động EL2 cũng tăng dần và được hồi tiếp về cho Base của Q1 để tiếp tục làm cho cường độ dòng điện IC cho đến lúc đạt giá trị bão hoà. Khi IC bão hoà thì từ thông không biến thiên nên EL2 sẽ bị triệt tiêu. Nhưng do EL2 chậm phase hơn so với suất điện động EL1 của cuộn L1 (vào khoảng 900) nên sau khi từ thông ngừng biến thiên một khoảng thời gian đúng bằng độ trễ phase thì EL2 mới thực sự bị triệt tiêu hoàn toàn. Nhờ sự trễ phase này mà dòng IC vẫn được duy trì tại điểm bão hoà một khoảng thời gian đúng bằng độ trễ phase Y nói trên.

Ta gọi trạng thái nói trên (khoảng thờigian IC đạt bão hoà kéo dài) là trạng thái quá độ của mạch dao động, khoảng này có thời gian được xác định là Y: Trong khoảng thời gian này, cường độ IC gần như không đổi (trên thực tế, trong khoảng này IC cũng bắt đầu giảm dần vì EL2 cũng bắt đầu bị triệt tiêu dần).

Khi suất điện động EL2 bắt đầu bị triệt tiêu thì điện áp phản hồi về cho mạch dao động (về Base của Q1 cũng sẽ bị giảm) nên nó sẽ làm cho cường độ dòng điện IB bị giảm đi mà sẽ làm cho IC cũng bị giảm theo. Khi IC giảm thì nó sẽ lại làm cho từ trường biến thiên theo chiều ngược lại so với lúc trước để tạo ra suất điện động cảm ứng trên L2 hoàn toàn ngược chiều (bắt đầu tạo ra xung âm) so với chiềucủa suất điện động cảm ứng lúc trước. Nhưng do sự trễ phase giữa suất điện động EL1 của L1 và EL2 của L2 nên khi IC bắt đầu giảm thì thực tế EL2 vẫn chưa đổi chiều mà chỉ mới đang bắt đầu giảm dần.

Sự giảm dần của EL2 lại làm cho IC giảm dần và có thể tạo ra biên dạng của dòng điện được sin hoá (được biến thiên theo hình sin). Nhưng khi giảm về dưới điểm phi tuyến thì do khác nhau về tốc độ biến thiên nên lúc này cường độ dòng điện IC sẽ bị giảm nhanh hơn (theo đặc tuyến của transistor được mô tả ở hình trên thì ta dễ dàng chứng minh được rằng nếu khi dòng IB bắt đầu tăng từ 0 cho đến điểm phi tuyến thì tại trong khoảng này IC sẽ tăng lên rất chậm nhưng IB khi bắt đầu giảm  từ trên điểm phi tuyến xuống ngang qua dưới điểm phi tuyến thì trong khoảng này IC sẽ bị suy giảm nhanh hơn) và sẽ làm cho EL2 bị biến thành xung âm tuyệt đối, đồ thì của điện áp trên L1 sẽ vượt qua dưới điểm 0 của hệ trục toạ độ theo trục tung.

Sau đó, vì I B vẫn tiếp tục giảm do EL2 tiếp tục giảm và làm cho điện áp trên L1 tiếp tục giảm xuống rất thấp và sẽ đạt tới biên độ cực tiểu U -0.

Điện áp trên L1 chỉ đạt tới biên độ cực tiểu U -0L1 khi cường độ IB giảm về 0 hoàn toàn và lúc đó do cường độ IC bị triệt tiêu nên sự biến thiên của từ thông cũng bị triệt tiêu và làm cho dòng phản hồi do cuộn L2 tạo ra cũng bị triệt tiêu thì IB lại tăng lên do dòng phân cực của R1 (chú ý rằngc, ngay trước khi IB bị triệt tiêu – bằng 0 tuyệt đối thì lúc đó nó sẽ tạo nên một biến thiên di /dt cực mạnh – vì lúc đó, từ một giá trị cực nhỏ của IB là một epsilon e đi về 0 trong một khoảng thời gian cũng cực nhỏ là t thì tỷ số di /dt »  e/t sẽ cực lớn – mà làm cho suất điện động trên L1 và cả trên L2 đạt tới cực tiểu của biên âm tương ứng với mỗi cuộn là U -0L1 và U -0L2).

Khi IB bắt đầu tăng từ 0 đến điểm phi tuyến thì tại đây mặc dù tốc độ gia tăng của IC so với tốc độ gia tăng của IB rất nhỏ nhưng do có sự hỗ trợ của xung ngược có tốc độ biến thiên rất mạnh (vì xung ngược chỉ là xung thụ động nên khi bị mất năng lượng từ bên ngoài cung cấp thì nó bị triệt tiêu rất nhanh và làm cho nó nhanh chóng tăng từ giá trị biên âm cực tiểu U -0 về 0 để làm cho xung ngượcbị triệt tiêu hoàn toàn – nghĩa là nếu đối với xung thuận thì khi bị triệt tiêu nó sẽ giảm từ biên dương cực đại U +0 về 0 còn đối với xung âm thì ngược lại khi bị triệt tiêu sẽ tăng từ biên âm cực tiểu U -0 về 0) và tốc độ tăng nhanh của xung âm từ biên âm về 0 sẽ sinh ra dòng phản hồi về co Base càng mạnh nên nó lại làm cho IC càng tăng mạnh để tạo thành một sườn xung âm tăng lên rất dốc như mô tả ở hình trên.

Khi biên độ xung đạt tới 0 thì cũng là lúc mà IC bắt đầu vượt qua điểm phi tuyến để “đi” vào khoảng tuyến tính thì sự thay đổi tốc độ biến thiên của di /dt bắt đầu xảy ra. Đây chính là “bước ngoặt lịch sử” làm cho độ dốc của đặc tuyến điện áp trên L1 cũng như L2 có sự thay đổi khác biệt (chú ý rằng suất điện động sinh ra trong L2 luôn lặp lại sự biến thiên của suất điện động được tạo bởi L1 tuy nhiên sẽ chậm phase hơn so với của L1 vào khoảng 900): Lúc này xung dương bắt đầu được hình thành và vì nó được tạo bởi dòng tích cực của nguồn cung cấp nên sự đối kháng của L1 và L2 cũng bắt đầu được hình thành như được mô tả ở phần trên (L1 và L2 bắt đầu hình thành cảm kháng để chống lại sự tăng dòng tích cực của nguồn cung cấp qua nó).

Và quá trình dao động duy trì được hình thành nhờ sự tiếp diễn liên tục của các giai đoạn tăng và giảm của điện áp trên các cuộn L1 và L2 như đã mô tả theo đúng các trình tự nói trên.

Vấn đề đáng nói ở đây là cần phải làm triệt tiêu xung ngược tới mức tối thiểu có thể đạt được. Tại sao phải triệt tiêu xung ngược? Là bởi vì xung ngược được tạo ra bởi suất điện động cảm ứng và chỉ có tính thụ động (không được sinh ra bởi dòng tích cực của nguồn cung cấp VCC) vì thế nó không đối xứng với xung thuận và có năng lượng trung bình bé hơn xung thuận (vì có độ rộng xung ngắn hơn nên có năng lượng trung bình nhỏ hơn và khó ổn định được biên độ so với nếu chỉ sử dụng xung thuận).

Để làm được điều này cần phải hỗ trợ bằng diode D2 như được trình bày ở phần trên. Ta hãy quay trở lại với hệ thức triệt xung ngược bằng xung hồi tiếp âm qua diode D2 như đã trình bày trên để làm sáng tỏ thêm vấn đề:

Thông qua đồ thị mô tả ở trên, nếu không ưu tiên phản hồi xung âm trở về cho Base để làm cho IB sớm bị triệt tiêu thì khoảng thời gian mà đặc tuyến điện áp bị suy giảm về âm để tạo thành xung ngược sẽ bị kéo dài và làm cho chu kỳ dao động sẽ bị dài ra.

iB = IDC + IC1 + ID2

= IDC + I0C1.sinwt + I0D2.sinvt

Khi xung âm được ưu tiên hồi tiếp về mạnh hơn do dòng I0D2 thì khi biên độ điện áp của xung sẽ nhanh bị giảm xuống dưới 0 và càng làm cho IB sớm bị giảm xuống dưới điểm phi tuyến cũng như sớm bị triệt tiêu nên xung âm sẽ sớm đạt được giá trị cực trị (biên âm cực tiểu Ub0).

Vì thế xung âm bị cắt ngắn, về mặt lý thuyết, người ta mong muốn xung âm càng ngắn càng tốt. Nhưng trên thực tế không thể triệt tiêu một cách tuyệt đối sự tồn tại của xung âm vì khi cường độ dòng điện qua các mạch có cảm kháng bị giảm thì bao giờ xung âm cũng được sinh ra để chống lại sự suy giảm cường độ dòng điện đó. Mặt khác, nếu xung âm càng ngắn thì suất điện động tự cảm của nó sinh ra càng cao (vì nếu xung âm càng ngắn thì tốc độ biến thiên cường độ dòng điện sẽ càng lớn) nên khả năng gây nhiễu của nó càng mạnh và hài bậc cao của nó càng nhiều mà nó có thể làm đánh thủng các tiếp giáp bán dẫn của các linh kiện bán dẫn như transistor và các diode, thậm chí có thể đánh xuyên giữa các vòng dây của biến áp làm hỏng các biến áp…

Vậy nên, người ta vẫn phải chấp nhận sự tồn tại của xung âm trong một khoảng thời gian nhất định. Để định thời gian tồn tại xung âm, ta phải ghép thêm một điện trở định thời cho nó là R2. Điện trở R2 phối hợp với hệ số tự cảm L của cuộn L2 (đoạn mạch giữa hai điểm 3 và 4 của cuộn L2) để tạo thành một hằng số thời gian là RL2 cho xung âm (trên thực tế, thời gian của xung âm được xác định vào khoảng vài mS đến vài chục mS).

Mặt khác, vì xung ngược được kích về cực Base là rất lớn (khoảng 18 đến 30V) nên điện trở R2 cũng có nhiệm vụ hạn chế biên độ kích thích cho cực Base của Q1 nhằm bảo vệ cho transistor không bị khoá tuyệt đối (không cho triệt tiêu xung ngược một cách tuyệt đối)


Kích mở bão hoà sớm (blocking)

Triệt trạng thái quá độ Blocking

Bảo vệ transistor Blocking - Switching






Tác giả bài viết: Dr Trần Phúc Ánh

Tổng số điểm của bài viết là: 19 trong 5 đánh giá
Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn