Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thiệu ..3 PHẦN I: NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN NĂNG Thí nghiệm 1.1: Mạch chỉnh lưu với tụ lọc.....................................................5 Thí nghiệm 1.2: Nguồn cấp điện năng đã chỉnh lưu sử dụng một khuếch đai thuật toán ..9 Thí nghiệm 1.3: Nguồn cung cấp bổ sung ± 15V100mA 12 Thí nghiệm 1.4: Nguồn cung cấp ổn định có sử dụng bộ ổn áp 14 Thí nghiệm 1.5: Nguồn cao áp 18 Thí nghiệm 1.6: Bộ biến đổi DCDC 20 Thí nghiệm 1.7: Nguồn dòng không đổi 24 Thí nghiệm 1.8: Các yêu cầu của hệ thống kết nối dây dẫn 27 Thí nghiệm 1.9: Bộ ổn áp hoạt động theo nguyên tắc xung 29
Kỹ thuật hạt nhân Như lời chào, Một mục tiêu phấn đấu Trung tâm Đào tạo hạt nhân thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam cung cấp (miễn phí) nhiều tài liệu, giáo trình sách tham khảo cho bạn sinh viên, học viên tốt Chúng cố gắng tổ chức biên dịch, soạn thảo nhằm trợ giúp sinh viên, học viên ngành khoa học công nghệ hạt nhân Với Điện tử hạt nhân này, giới thiệu chương chuẩn bị xong – cơng việc có nhiều nên khơng thể làm lúc để phục vụ độc giả Và điện tử hạt nhân, khơng có sách đưa lên WEB- Site Trung tâm Đào tạo hạt nhân Hy vọng nhận nhiều ý kiến phản hồi bạn có quan tâm Ban Giám đốc Trung tâm Đào tạo hạt nhân Kỹ thuật hạt nhân LỜI NÓI ĐẦU Cuốn sách kỹ thuật hướng dẫn sử dụng phòng thí nghiệm điện tử hạt nhân thứ hai – Nuclear Electronics Laboratory Manual sản phẩm đúc kết số chuyên gia - người cộng tác với IAEA nhiều năm lĩnh vực điện tử Sách dựa kinh nghiệm 23 khoá hướng dẫn điện tử hạt nhân Trong lĩnh vực này, đóng góp số nhà khoa học khác người tham dự khố học nói đến thảo hoàn chỉnh Cuốn hướng dẫn xuất năm 1984 sử dụng số khoá đào tạo vùng liên khu cấp quốc gia Những hạn chế xuất lần đầu bổ sung, chỉnh sửa xuất nay, đó, nhiều thí nghiệm đưa vào, nội dung đề cập đến mức độ tiến kĩ thuật Cuốn sách không đề cập đến thí nghiệm mang tính chất bản, chẳng hạn đặc trưng linh kiện điện tử tích cực khác nhau, mà bắt đầu việc giới thiệu khối điện tử nhỏ, dùng nhiều linh kiện tích cực Hầu hết thực tập đòi hỏi khắt khe hướng dẫn sinh viên thiết kế xây dựng mạch hoàn hảo, mạch sử dụng thiết bị hạt nhân thương mại Điều mong đợi: sinh viên hồn thành tất thí nghiệm sách hướng dẫn phải đứng vị trí thiết kế thiết bị điện tử hạt nhân cần phải hiểu chức thiết bị để sửa chữa bảo trì Trong tương lai, nhiệm vụ kĩ sư điện tử hạt nhân thiết kế xây dựng giao diện kết nối thí nghiệm hạt nhân với máy tính ngày nhiều Cuốn hướng dẫn phác thảo phát triển thông qua việc giới thiệu số thí nghiệm mà chúng chứng minh nguyên lý công nghệ giao diện Tuy nhiên, chủ đề giao diện trình bày sách rộng phức tạp, lại trình bày theo cách thức không đáp ứng phát triển lâu dài Do đó, đề tài giao diện khơng đề cập Kỹ thuật hạt nhân hướng dẫn thứ hai Thay đó, IAEA xuất hướng dẫn cụ thể để giải toán giao diện thí nghiệm hạt nhân Có hai xuất IAEA TECDOC khác xem liên quan tới sách hướng dẫn là: TECDOC-363: thu thập chủ đề điện tử hạt nhân, TECDOC-426: Xử lý cố thiết bị hạt nhân Đồng thời, ba bao gồm hình ảnh rộng mạch điện tử, thiết bị hình vẽ, áp dụng để đào tạo lãnh vực điện tử thiết bị đo đạc hạt nhân LỜI CẢM ƠN Cơ quan lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA có khố đạo tạo hướng dẫn điện tử hạt nhân từ năm 1966 Trong 15 năm gần đây, khoá đạo tạo trở thành khoá học thường niên theo mức tăng dần Trong suốt năm này, quan nghiên cứu nhiều nước số nhà khoa học đóng góp cho phát triển phương pháp luận đề cập sách hướng dẫn Một số vấn đề đề cập Chính phủ nước cộng hồ Đức khuyến khích IAEA cố gắng lĩnh vực cách đầu tư dự án có tên: “Phát triển, hỗ trợ việc tổ chức khóa đào tạo sử dụng thiết bị đo đạc hạt nhân” giai đoạn 19851990 Trên sở chia nhỏ chương trình đào tạo, từ năm 1988 đến năm 1990, phòng thí nghiệm quốc gia Argonna tổ chức ba khoá đào tạo Tháng Kỹ thuật hạt nhân năm 1989, hội thảo tổ chức Argonna đưa hướng dẫn hồn chỉnh: hướng dẫn sử dụng phòng thí nghiệm Điện tử Hạt nhânNELM phủ Mĩ phát hành rộng rãi toàn liên bang Một số kỹ sư nhà khoa học từ nhiều bang thành viên IAEA đóng góp vào biên soạn phiên - xuất năm 1984 Trong đó: F.Manfredi (Italy); D Camin (Argentina); J.Lauwers (Belgium) H.Kaufmann (IAEA) xứng đáng nhận lời cảm ơn đặc biệt Hiện nay, nhà chuyên gia xem xét, chỉnh sửa đưa biên soạn tương đối Các thí nghiệm cung cấp điện A.Burr (USA) phát triển kiểm tra, ông người với số nhà khoa học khác đóng góp phần biên soạn Phần kỹ thuật biên soạn thiết kế J.Lopes (Portugal)- người cải tiến thí nghiệm trước phát triển số tập Sự đóng góp ơng thấy chương thiết bị phân tích đa kênh J.Pahor (Yoguslavia) đóng góp nhiều chương hướng dẫn Khả truyền thụ ơng phản ảnh nhiều thí nghiệm Nói cách cụ thể, tài ông thể rõ chương thiết bị điện tử tương tự máy phân tích đa kênh F.Clikeman (USA) góp phần việc chuẩn bị thí nghiệm máy ghi nhận xạ- thiết bị lần xuất hướng dẫn J.Dolnicar (IAEA) chuẩn bị số thí nghiệm với chủ đề khác cộng tác, tham gia hoạt động Vienna Hoa Kỳ nơi xuất biên soạn GIỚI THIỆU Kỹ thuật hạt nhân Cuốn hướng dẫn phòng thí nghiệm điện tử hạt nhân dự định cung cấp định hướng đào tào lĩnh vực điện tử hạt nhân Nó đưa thơng tin ngun tắc hoạt động mạch điện tử với công nghệ điện tử đại, với mục đích đào tạo cho sinh viên có tảng điện tử Các thực tập biên soạn phân chia thành nhiều loại: I Mỗi mục sách với số thực nghiệm giải thích cách thức xây dựng mạch điện tử hạt nhân Để hiểu biết đầy đủ việc xây dựng khối này, kỹ sư cần xem xét kỹ lưỡng thiết bị điện tử thiết bị đo đạc hạt nhân Một thí nghiệm hồn thành cần khoảng phòng thí nghiệm II Các thí nghiệm phức tạp theo phần hướng dẫn đặt tới mức chuyên nghiệp cao theo cách hướng dẫn thí nghiệm, thí nghiệm đòi hỏi có buổi thảo luận để hồn thành thí nghiệm Các thiết bị tiên tiến chẳng hạn máy phân tích logic giới thiệu III Các dự án tiêu biểu phần cuối biên soạn thiết kế sinh viên biết cách thiết kế xây dựng thiết bị điện tử hoàn hảo theo ứng dụng Các chủ đề thí nghiệm sinh viên quan tâm tham gia khoá đào tạo IAEA điện tử hạt nhân suốt giai đoạn 1986-1989 Trên thực tế, tập vượt q phạm vi khố học điện tử thơng thường, sản phẩm thiết bị ứng dụng thí nghiệm hạt nhân thực tế Các thí nghiệm dự án biên soạn thiết kế cho khoá đào tạo điện tử hạt nhân IAEA, khoá học đạo cấp tiến học suốt 12 tuần Trong khoá học này, khoảng 65% thời gian làm việc phòng thí nghiệm riêng biệt Một điều hiển nhiên khố học ngắn mức độ học thấp hơn, tập phù hợp phải thực hiện, thí nghiệm phức tạp phải loại bỏ Mỗi thí nghiệm giới thiệu việc giảng giải hoạt động mạch nguyên tắc vật lý Bằng cách này, hướng dẫn đáp ứng thời gian tương tự sách giáo khoa giới thiệu điện tử học hạt nhân Tuy nhiên, ý thư mục IAEA khác (TECDOC 363: chủ đề điện tử học hạt nhân) cung cấp tảng lý thuyết chủ đề dùng hướng dẫn Kỹ thuật hạt nhân Để tránh kí tự khơng tiện lợi cho điện trở tụ điện, kí hiệu đơn giản hoá sử dụng Các điện trở mô tả: R (ohms), K (kiloohms), M (megaohms): 10 R có nghĩa 10 ohms, 2K7 tương đương với 2.7 kiloohms, 1M5 1.5 megaohms Các giá trị tụ điện là: pF (picofarad), nF (nanofarad), uF (hoặc µF) Một mong đợi sinh viên ngành điện tử hạt nhân học thiết kế sản xuất bảng mạch in Tuy nhiên, bị thời gian thực sinh viên chuẩn bị mạch in theo hướng dẫn Do đó, bảng cắm chuẩn bị cho thí nghiệm PHẦN CÁC NGUỒN NI Các nguồn ni - Lời giới thiệu Hầu hết phòng thí nghiệm cung cấp mức điện dạng 110 220V AC Nhưng thiết bị sử dụng trực tiếp nguồn này, cần phải có thiết bị biến đổi dòng thành dòng chiều thích hợp Các nguồn cấp điện mạch đơn giản, dễ hiểu chúng quan trọng Trong thiết bị, nguyên nhân gây hỏng thiết bị chủ yếu nguồn cấp Vì thế, hiểu biết tốt nguồn cấp điện mang lại lợi ích thời gian tiền bạc nhiều việc hiểu biết phần khác thiết bị điện tử Chương giới thiệu loại mạch chỉnh lưu máy chỉnh lưu tuyến tính thơng thường cần thiết để quy định việc cấp dòng cao, thấp ổn định để đáp ứng cho thiết bị điện tử đại Các nguồn cung cấp có xu hướng ngày gọn nhẹ, phục vụ hiệu phức tạp nhiều, tần số đóng ngắt ổn áp ngày tăng Vì thế, số thí nghiệm định sử dụng chuyển đổi DC sang DC mạch đóng ngắt khác Kỹ thuật hạt nhân Các phòng thí nghiệm vùng có lưới điện bất ổn định thường gặp phải vấn đề nguồn điện cấp Bài viết khái niệm thiết bị điện hữu ích việc kết nối trì đường điện phòng thí nghiệm địa phương Ở đây, thí nghiệm bao gồm ổn áp tuyến tính nguồn cấp liên tục cần thiết THÍ NGHIỆM 1.1 MẠCH CHỈNH LƯU VỚI TỤ LỌC Kỹ thuật hạt nhân I Mục tiêu Mục tiêu thí nghiệm nghiên cứu dạng sóng từ mạch chỉnh lưu ảnh hưởng tầng lọc tụ II Tổng quan Mạch chỉnh lưu diot cho phép dòng điện qua theo chiều Việc chuyển đổi dòng AC thành DC diot khơng tối ưu nửa chu kỳ AC khơng sử dụng Do đó, điot khác ghép thêm vào dòng AC hồn tồn sử dụng Mạch chỉnh lưu khơng thể tự tạo điện áp ổn định có khoảng thời gian khơng có dòng chỉnh lưu Vì vậy, vài dạng thiết bị tích lượng trở nên cần thiết để cấp điện khơng có dòng lối vào Tụ điện thành phần đáp ứng đầy đủ yêu cầu trường hợp thông dụng Các đại lượng đặc trưng cho nguồn cấp điện đề cập đây: - Điện áp lối - Khả tạo dòng - Độ mấp mơ - Độ ổn áp - Điện trở lối Quan trọng điện áp lối Hầu hết nguồn cung cấp điện thiết kế với điện áp lối đặc trưng theo yêu cầu mạch mà chúng cung cấp điện yêu cầu Khả cấp dòng nguồn cấp dòng lớn mà nguồn cấp tạo không làm tải số thành phần bên Tất nhiên, điều hồn tồn với giá trị dòng thấp Độ mấp mô đại lượng rõ thành phần AC lối sau loại trừ nhiễu Nó thường đo điện áp biên độ dao động (điện áp toàn phần) Độ ổn áp lượng mà rõ mức độ điện áp phụ thuộc dòng nguồn cấp điện Độ ổn áp tính theo đơn vị phần trăm (%) tính theo cơng thức đây: Kỹ thuật hạt nhân Regulation (%) = (V(no-load) – V(full-load))/V(no-load)*100 Điện trở lối đại lượng liên quan chặt chẽ với điều chỉnh Nó điện trở tương đương mà đặt chuỗi gồm nguồn pin với điện áp với V(no-load) tạo điện áp ngược với đường cong dòng điện lối nguồn cung cấp điện thực Nó tính từ đường cong III Thí nghiệm Bạn cung cấp máy biến thế, vài chỉnh lưu, tụ điện A Xây dựng mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ - Hình 1.1.1 Mạch sử dụng nguồn cung cấp điện năng, dùng máy ghi nhận tín hiệu nguồn điện cơng suất thấp Xác định VT vị trí DC nối với dao động kí lối vẽ lại cẩn thận dạng sóng lối Hình 1.1.1 Mạch chỉnh lưu nửa chu kì Nếu có thời gian, tính tỷ số VT đọc đơng hồ vơn kế biên độ đỉnh đọc dao động kí Xem xét tín hiệu dao động kí: xem có đối xứng khơng? Thời gian có tín hiệu thư gian khơng có tín hiệu có khơng? Tần số tín hiệu bạn bao nhiêu? B Hình 1.1.2 1.1.3 hai mạch chỉnh lưu toàn chu kì sóng Lắp ráp hai cấu hình Xác định VT vị trí lối DC nối với dao động kí vẽ tín hiệu lối thể dao động kí Tìm hiểu cẩn thận tín hiệu dao động kí: vị trí đỉnh độ rộng đỉnh? thời gian chết hai đỉnh liên tiếp? tần số sóng? (khơng phải 50 hay 60 Hz) C Mắc thêm tụ lọc vào mạch bạn Mạch giống hình 1.1.4 1.1.5 Tìm vài đại lượng đặc trưng cho nguồn cấp điện bạn Kỹ thuật hạt nhân Cách đơn giản để thu thập thông tin nguồn cung cấp vẽ đồ thị điện áp lối độ mấp mơ theo dòng nguồn cung cấp Điều thể việc thay đổi RL hình lấy số liệu Đại lượng cần tìm RL Giảm IL đến cực tiểu (coi 0) RL phải cực lớn (tiến tới vơ cùng) Để tìm giá trị nhỏ RL (đây phần công việc), từ phép xác định trước bạn, ý lối điện áp lớn nhỏ 25V (máy biến áp có điện áp xoay chiều 18V) Dòng điện lớn bạn nên đặt 0.6A (Chú ý máy biến đổi cơng suất có tỉ số cơng suất 10VA) Tính giá trị tỉ số cơng suất điện trở nhỏ bạn sử dụng (30 ohm 10w) Thay đổi điện trở đọc dòng điện, điện áp DC qua trở, độ mấp mô qua trở (dùng DC nối với dao động kí).Vẽ đồ thị hai kết đo (bên trái trục y điện áp bên phải độ mấp mơ, dòng vẽ trục x) Đồ thị thể tất bạn muốn biết nguồn cung cấp điện Sự hiệu chỉnh nguồn cung cấp điện bạn nào? Điện trở lối nguồn cung cấp gì? Chú ý điện trở động xác định ΔV/ΔI D Kiểm tra số lý thuyết liên quan Điện áp lối lớn nguồn cho công thức: VDC = 1.41 VT – 0.8 n Ở đây: VDC điện áp không chịu tải VT điện áp xoay chiều máy biến thế, n cấu hình chỉnh lưu trung tâm toàn chu kỳ mạch chỉnh lưu cầu Mối liên hệ độ nhấp nhô (ripple) là: Vripple (peak to peak) = K IL (mA)/ C (µF) K = 10 ms tần số 50Hz 8.3 tần số 60Hz Đường cong độ nhấp nhô giảm để đạt tới đường thẳng làm để đường dốc tiến tới giá trị đưa E Lựa chọn giá trị dòng lối phù hợp khoảng 200mA, thay đổi kích cỡ tụ lọc để lấy tụ nhỏ (1µF) giá trị lớn (10,000µF) Phác thảo vết quan sát dao động kí thích mục quan sát 10 Kỹ thuật hạt nhân lọc thơng thường để chuyển đổi lại tín hiệu thành DC Bộ dao động thường hoạt động với tần số cao, biến đổi điện áp nhỏ nhẹ Các loại máy điều chỉnh khác gọi máy điều chỉnh bật tắt, chúng phát triển với ưu điểm kích thước khối lượng tiết kiệm chi phí rắc rối có mạch Ba loại hoạt động khác nghiên cứu đây: - biến đổi chế độ push-pull, - biến đổi thuận tranzitor đơn, - biến đổi ngược (flyback) blocking Trước đây, điện tử hạt nhân, biến đổi DC-DC hầu hết sử dụng để cấp cao áp cho đầu dò, chúng thường sử dụng nguồn cấp lượng thấp điều chỉnh đóng ngắt Một chuyển đổi DC-DC điển hình gồm bốn phần chính: a dao động mạch điều khiển b tầng điều khiển (driver stage) c máy biến cảm tích điện d chỉnh lưu phin lọc Phần gồm có dao động, điện kế điều khiển độ rộng xung mạch cung cấp hiệu chỉnh Tầng điều khiển cần thiết để đóng ngắt dòng cao theo yêu cầu để cấp điện đáng kể Máy biến cảm tích điện làm thay đổi điện áp Phần cuối thực chỉnh lưu lọc lựa III Thí nghiệm Thí nghiệm (lắp rắp thử nghiệm mạch điều khiển) Lắp đặt mạch điều khiển thí nghiệm Hình 1.6.1 Cấp nguồn 12V cho mạch điều chỉnh giới hạn dòng tới 150mA, sau bạn kiểm tra biến đổi hoàn thành này, tranzitor điều khiển bảo vệ tránh bị hỏng Kiểm tra mạch so sánh dạng sóng thu với Hình 1.6.2 Tiếp theo, lõi máy biến với bốn cuộn dây (2x24 vòng 2x12 vòng) 27 Kỹ thuật hạt nhân Chú ý: điểm đầu điểm cuối lõi không nên nối với để tạo tính linh hoạt sử dụng cuộn dây mode khác biến đổi DC-DC (xem Hình 1.6.3) Thí nghiệm ( Bộ biến đổi Push-Pull) Hình 1.6.1: Mạch điều khiển biến đổi DC-DC Xây dựng biến đổi Push-pull cách nối mạch điều khiển Hình 1.6.1 với tầng cơng suất Hình 1.6.4 Muốn thiết kế chuyển đổi DC-DC tốt khó Tần số, tỉ số thời gian (Ton) chu kỳ (T), độ tự cảm có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất mạch Hơn nữa, tất chúng ảnh hưởng lẫn Ở đây, điều chỉnh tần số (f) R2 tỉ số Ton/T R4 Chúng ta dễ dàng đo điện áp lối (V) dòng cuộn sơ cấp máy biến (bằng dao động kí qua R3) Chọn điện trở phù hợp (ứng với dòng 50mA) Vẽ V (trên trục X), f (trên trục Y), f = Ton/T = 0.5 Tiếp theo, vẽ V theo Ton/T với f đặt giá trị cho điện áp lớn phần trước Phác hoạ số dạng sóng quan sát qua R3 Nếu bạn có thời gian, điều chỉnh tỉ số Ton/T f để V cực đại Lặp lại thí nghiệm với điện trở khác 28 Kỹ thuật hạt nhân Hình1.6.2: Mạch điều khiển dạng sóng Hình 1.6.3: Cấu hình chân nối cuộn biến Hình 1.6.4: Tầng điện biến đổi push-pull Thí nghiệm (bộ chuyển đổi đơn lẻ) Thay đổi chuyển đổi bạn thành dạng Hình 1.6.5 Lặp lại phép đo gợi ý phần trước, sử dụng diot D5 Lặp lại thí nghiệm cách sử dụng diot D6, ý đến tác động diot nhanh 29 Kỹ thuật hạt nhân Hình 1.6.5: Tầng điện biến đổi đơn lẻ Thí nghiệm (bộ biến đổi dạng khối) Thay biến đổi bạn thành dạng Hình 1.6.6 Lặp lại phép đo thực thí nghiệm Hình 1.6.6: Tầng điện biến đổi blocking Thí nghiệm Cố gắng thiết kế mạch cho âm 30 Kỹ thuật hạt nhân THÍ NGHIỆM 1.7 NGUỒN DỊNG KHƠNG ĐỔI I Mục đích Trong thí nghiệm này, bạn học cách làm để tạo nguồn dòng khơng đổi cách điều khiển nguồn mạch Một thí dụ dịch chuyển mức logic đưa chứng minh II Tổng quan Các nguồn dòng khơng đổi độ xác cao có vai trò quan trọng, ví dụ ADC loại Wilkinson Như biết, trường hợp này, phải xác định thời gian để tụ phóng điện hồn tồn với dòng khơng đổi Hình 1.7.1 nguồn dòng khơng đổi 31 Kỹ thuật hạt nhân Hình 1.7.1: Mạch nguồn dòng khơng đổi Hoạt động mạch theo hướng thẳng Điện trở nối đất cung cấp đủ dòng để thiết lập Zener quy định điện áp cực bazơ tranzito Khi ấy, điện trở emitter điều khiển hồn tồn dòng tranzito Dòng phải qua thiết bị kết nối Nếu dòng lớn có xu hướng vào tranzito, điểm cuối cực emitter điện trở tăng lên vượt ngưỡng tranzito với dòng quy định Nếu nhỏ, dòng qua tranzito, điểm cuối emitter điện trở tụt xuống, có xu hướng tăng dòng góp tranzito với cực bazơ quy định Chú ý giá trị nguồn dòng khơng đổi phụ thuộc chủ yếu vào giá trị điện trở emitter zener (Phát triển công thức cho mối liên hệ này) Ba tác nhân ảnh hưởng đến giá trị độ ổn định dòng: zener, trở emitter, emitter-base tranzito Các thông số biết đến không phụ thuộc vào nhiệt độ ảnh hưởng khác, có dòng khơng đổi chạy mạch Tuy nhiên, thay đổi thơng số Nhìn sơ đồ mạch vài ADC có thí dụ thủ thuật tinh vi thường sử dụng để tăng độ ổn định mạch nguồn dòng khơng đổi III Thí nghiệm Sử dụng bảng mạch in có sẵn để lắp rắp nguồn khơng đổi theo Hình 1.7.2 Chú ý rằng, bảng mạch không sử dụng lại Trong suốt q trình làm thí nghiệm có số đặc điểm lưu ý thêm Mạch giống Hình 1.7.1 cộng thêm đồng hồ đo dòng biến trở 20K làm tải Hình 1.7.2: Mạch nguồn dòng khơng đổi thử nghiệm 32 Kỹ thuật hạt nhân Các giá trị trở thay đổi từ đến 20K Vẽ đồ thị thể mối liên hệ trở dòng (dòng trục X, giá trị trở trục Y) nhận xét nguồn dòng khơng đổi Chú ý có số hạn chế, đưa đánh giá hạn chế đó, vẽ đồ thị suy giảm điện áp theo giá trị trở (trên trục Y phía bên phải) Đánh giá đồ thị vừa vẽ xong, điều ảnh hưởng đến trở kháng nguồn điện? Nếu có thời gian, bạn làm thí nghiệm tương tự với dòng nhỏ lặp lại phép đo Sự đóng ngắt dòng Trong nhiều ứng dụng, trường hợp ADC Wilkinson cần có nguồn dòng có giá trị ln ln khơng đổi trừ có đánh trễ từ T1 Điều xảy dòng theo nhánh khác mạch bất ngờ chuyển mạch qua phần mạch kia, ví dụ tụ điện khơng tích điện Một minh hoạ cho việc đóng ngắt mạch Hình 1.7.3: Khi bạn bỏ đồng hồ đo, điện trở 20K không nối với cực Collector T1 Do đó, R chưa kết nối Mạch có số phần tương tự mạch logic ECL khơng bão hồ Chúng ta tính tốn mức điện áp T2 T3 Bỏ qua dòng nhỏ tìm chân T2 -7.5V -8.2V chân T3 Vì hai emitter kết nối, có nghĩa T2 dẫn, emitter thông thường -8.1V T3 bị ngắt Điều kiểm tra mà dòng điện 1mA từ T1 đến T2, gây nên sụt áp điện trở collector 3.3K Tại collector- cực thu T2 có điện đo -3.3V colector T3 có điện tìm 0V Tính tốn giá trị R, nối chân T3 điện +5V, lúc điện chân T3 có giá trị -6.8V Sau gắn tải kiểm tra T3 trạng thái dẫn Điện emiter thông thường -7.4V, T2 bị ngắt Kiểm tra lại mạch cách cẩn thận, sau bật cơng tắc để dòng khơng đổi qua T1, qua T2 tới T3 trở lại Trong trường hợp ADC Wilkinson, collector T3 kết nối trực tiếp với tụ điện mạch kéo dãn xung tụ điện phóng điện 33 Kỹ thuật hạt nhân Hình 1.7.3: Mạch đóng ngắt dòng Phần giúp bạn kiểm tra lại mạch động (khi mạch có dòng) Sự thay đổi mức logic Thay đặt điện +5V lên đầu điện trở R, thêm vào mạch hình 1.7.4 Đóng ngắt dòng cách bình thường điều khiển mạch logic (mạch nuôi nguồn 5V) Phương pháp đòi hỏi thay đổi mức Xây dựng mạch hình 1.7.4 Hình 1.7.4:Mạch dịch chuyển mức logic (logic level shifting) Khi xung lối vào mức logic 0, lối cổng NAND mức cao, T4 bị ngắt Nghĩa khơng có dòng qua R trường hợp biết T2 mở Khi xung vào mức logic 1, T4 bão hồ (giống hình 1.7.2 ), đầu R đạt giá trị +5V, dòng 1mA từ T1 qua T3 Kiểm tra tất điều giao động ký Thay đổi tần số xung lối vào xem mức thay đổi loại mạch Đưa nhận xét về: Mạch đơn giản thiết kế tinh tế Chức đặt trưng điện trở gì? Và phải quan tâm? Chúng thay đổi từ giá trị cho? 34 Kỹ thuật hạt nhân THÍ NGHIỆM 1.8 CÁC YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG KẾT NỐI DÂY DẪN I Mục đích Thí nghiệm cung cấp thông tin dây nguồn bản, giới thiệu dây mạng nguồn cung cấp liên tục II Tổng quan Phòng thí nghiệm tiêu biểu cung cấp nguồn 220 V (110 VAC) cho khu vực làm thí nghiệm Điện áp cung cấp từ nguồn trở kháng thấp điện áp nguy hiểm Trên giới, có nhiều dạng phích cắm khác nhau, tất chúng nối với lõi dây gồm dây kim loại bên Một dây dây nóng cung cấp điện cho thiết bị Một dây trung hồ đất cung cấp dòng từ thiết bị trở lại nguồn Dây lại dây đất đặc trưng cho mức an toàn nối với đất nơi dòng điện vào mạch Các hệ thống dây nguồn phần thiết bị mà thiết kế có nhiều rắc rối, để đảm bảo công suất với điện áp đặc trưng tần số mong muốn Chúng thường gồm phần có chức cắt để loại bỏ nhiễu, lọc cho mức thấp qua để loại bỏ nhiễu tần số cao, chúng phương tiện điểu khiển điện áp để có đặc điểm kĩ thuật thông thường 35 Kỹ thuật hạt nhân Với đặc điểm bên trên, nguồn cung cấp liên tục (UPS) gồm nguồn điện (luôn ắc quy) dùng để thay cho điện áp dòng trường hợp khơng liên tục III Thí nghiệm A Hình 1.8.1 ổ cắm điển hình Thơng thường chốt đất thay điểm tiếp xúc phía bên Đơi mạng dây làm cho chốt nguồn bị đảo ngược Sử dụng vơn kế để chốt nóng chốt trung hoà ổ cắm điện bạn ghi lại giá trị điện áp đo Kiểm tra cận thận tín hiệu chốt nóng (Nối điểm đất phía bên máy dò với dây trung hồ) Phác hoạ dạng sóng quan sát Thơng thường có tín hiệu tần số cao dây dẫn Có thể xem tín hiệu tăng hệ số khuếch đại tốc độ quét dao động ký Đôi mức cao qua lọc trở nên hữu ích hình 1.8.2 Hình 1.8.1: Kiểu ổ cắm điển hình B Một mạch lọc loại bỏ nhiễu tín hiệu ồn từ dây nguồn Mạch lọc góp phần giữ điện áp nằm giới hạn phù hợp với thiết bị hạt nhân Tham khảo sách hướng dẫn mạng nguồn cung cấp cho bạn Nối biến trở vào dây nguồn cắm mạng nguồn vào máy biến Kiểm tra lại lối mạng nguồn dao động ký Dạng sóng có thay đổi khơng? (Sử dụng số đặc trưng kênh đơi với tín hiệu trước sau mạng dây nối) Tiến hành làm thực nghiệm với trở nhỏ, chẳng hạn bóng đèn 10 W 20W, quan sát dạng sóng? Chú ý có tiếng ồn hay khơng? Đặt máy biến để đo điện áp nguồn cung cấp nhà máy điện Cắm mạng nguồn thay đổi điện áp dòng Vẽ nối mạng nguồn trục Y, lối vào trục X C Nguồn cấp liên tục (UPS) bao gồm nguồn cấp (các ắc quy), mạch điều khiển mạch điều hoà Hãy tham khảo đọc sách hướng dẫn sử dụng UPS mà bạn cấp Sơ đồ khối mạch đưa 36 Kỹ thuật hạt nhân Hình 1.8.3 Nối biến vào nguồn cắm UPS vào biến Xem xét cẩn thận lối UPS dao động kí Dạng sóng nối có thay đổi khơng? (Sử dụng đặc trưng kênh đơi hiển thị đồng thời tín hiệu lối vào, lối ra) Một điện trở nhỏ có ảnh hưởng đến dạng sóng khơng? Vẫn có tiếng ổn? Thay đổi lối vào điều chỉnh biến Vẽ tín hiệu lối UPS trục Y tín hiệu lối vào trục X Hình1.8.2: Bộ lọc cho tần Hình 1.8.3: Sơ đồ khối nguồn cấp UPS số cao qua điển hình THÍ NGHIỆM 1.9 BỘ ỔN ÁP HOẠT ĐỘNG THEO NGUYÊN TẮC XUNG 37 Kỹ thuật hạt nhân I Mục đích Thí nghiệm giải thích nguyên lý đằng sau ổn áp xung đưa thí nghiệm thông số lối II Tổng quan Bộ điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc xung sử dụng rộng rãi chúng có hiệu suất cao (hiệu suất thơng thường đạt 80%), giá rẻ kích thước gọn nhẹ hiệu chỉnh điện áp tuyến tính Tuy nhiên có số bất lợi: tiếng ồn độ mấp mô lối lớn Trong thực tế tồn dạng máy hiệu chỉnh bản: máy điều chỉnh xuống thấp, máy điều chỉnh lên máy điều chỉnh nghịch chuyển Như tên gợi ý, điện áp thấp cao điện áp vào trí đảo ngược cực.Tồn hiệu chỉnh làm hệ đóng ngắt, cuộn cảm, tụ điện điot với mạch đặc biệt để điều khiển chuyển mạch Hình 1.9.1 mạch hiệu chỉnh điện áp thấp Hình 1.9.1: Mơ biến đổi điện áp đóng ngắt Để giải thích hoạt động mạch dễ hơn, giả sử có điện áp vào Vi khơng đổi (loại bỏ độ mấp mơ) dòng lối I0 không đổi (trở tải không thay đổi) Tụ điện khơng thể cung cấp dòng trừ thay đổi điện áp Do dòng phải đến từ lối vào Theo đó, dòng trung bình qua cuộn cảm IL phải dòng I0 Ban đầu giả sử công tắc dòng qua cuộn dây với dòng lối Điều kiện rõ hình 1.9.2 Hiện nay, điện áp cuộn cảm UL tính UL = Ui – U0 Bằng cách tích phân phương trình ta tìm điện áp cuộn cảm: 38 Kỹ thuật hạt nhân UL = -L dIL/dt → IL = UL t/L + I0 Vì thế, điện áp cuộn cảm khơng đổi dòng qua cuộn cảm phải tăng tuyến tính theo thời gian (Hình 1.9.1 rõ tăng này) Trong trường hợp này, hiệu chỉnh chuyển mạch thấp Hình 1.9.2 thời gian T1 T2 Sau T1, IL trở nên lớn dòng I0 Phần dòng vào tụ C Tại thời điểm T2, cơng tắc ngắt, dòng qua cuộn dây khơng thay đổi đến cơng tắc Do đó, dòng bắt đầu qua diot D Giả định rằng, điện áp giảm qua điot, điện áp cuộn cảm lúc này: UL = -U0 Điện áp đến từ suy giảm tuyến tính IL Trong hình 1.9.2, suy giảm phần điểm T2 T4 Hình 1.9.2 : Các dạng sóng đóng ngắt nguồn cấp Dòng IL lớn I0 T2 T3, vượt trội tiếp tục vào tụ IC Sau T3, IL trở nên nhỏ I0 tụ điện phải cung cấp phần chênh lệch Tại T4, công tắc bật lên Điện áp qua cuộn cảm UL = Ui – U0 dòng qua tăng tuyến tính từ giá trị nhỏ tăng tới cực đại trước tới T4 Trong suốt thời gian từ T3 đến T5, dòng I L thấp I0 Do tụ điện phải cung cấp phần chênh lệch 39 Kỹ thuật hạt nhân Tại T5, dòng qua cuộn cảm dòng Dòng tăng, tụ lại tiếp tục tích điện T6, tắt công tắc hoạt động tự lặp lại từ T2 Điện tích tích vào tụ khoảng thời gian T1 T3, khoảng T3 T4 tụ phóng điện Nếu điện tích phóng điện tích vào điện áp trung bình hiệu chỉnh không đổi Nếu I0 lớn, tụ tích điện nhỏ điện phóng lớn điện áp nhỏ Để trì điện áp trên, thời gian tích điện tụ phải kéo dài Với tỉ số tích điện thời gian tích, điện áp chỉnh lưu Một mạch đặt biệt cần thiết để điều khiển công tắc Mạch điều khiển nguồn cung cấp dạng xung đặc trưng kiếm ngồi thị trường Thông thường điều khiển điện áp điều chỉnh cơng tắc cần thiết để trì khơng đổi điện áp Sự tích điện phóng điện tụ gây độ mấp mơ U0 lối Độ mấp mô phụ thuộc vào giá trị thành phần sử dụng độ mấp mô khoảng nhỏ 10 mV Tần số chuyển mạch thường lớn 20KHz hiệu suất chuyển mạch khoảng 80% Trong mạch thực tế, công tắc bật tắt thay tranzito Khi ấy, tranzito dẫn nên bão hồ tồn nó, điện hao tốn nhỏ Khi tắt, khơng có điện tiêu tốn Nhưng suốt q trình chuyển đổi , điện hao tốn cao Vì vậy, lựa chọn tranzitor mở rộng với thời gian đóng ngắt phải rút ngắn mức để giảm nhiệt Diot phải làm việc đủ nhanh III Thí nghiệm Mạch có sơ đồ hình 1.9.3 Một chỉnh lưu chân – LM317 sử dụng mạch điều khiển Nó điều khiển điện áp qua R3, R4 R6 Tranzitor, diot, tụ điện thêm vào thể chuyển mạch thấp Một cách khác nhẹ nhàng việc điều khiển chuyển mạch đưa Nó bật lên khoảng thời gian xác định (R5, C3), thời gian, điện áp giảm xuống giá trị quy định R4 Khi điện áp giảm, LM317 thay đổi dòng qua R1 khởi động tranzito để tăng dòng qua cuộn cảm lọc lựa tụ điện 40 Kỹ thuật hạt nhân Hình 1.9.3 Sự hiệu chỉnh đóng ngắt bước giảm dần Điện áp đặt khoảng từ đến 25 V nhờ R4 Dòng lớn 0.5A Lắp ráp mạch mục tiêu đặt điện áp 5V Đo điện áp ra, độ mấp mô hiệu suất (cơng suất hao phí trở / công suất vào mạch) cho giá trị dòng Sử dụng dòng 500mA gia số 100mA Và đồ thị kết thu (giá trị dòng trục X đại lượng khác trục Y) 41 ... thành thí nghiệm Các thiết bị tiên tiến chẳng hạn máy phân tích logic gi i thiệu III Các dự án tiêu biểu phần cu i biên soạn thiết kế sinh viên biết cách thiết kế xây dựng thiết bị i n tử hoàn... ( i n áp xoay chiều i n áp chiều), lo i bỏ nhấp nhô khả i u chỉnh nguồn kiểm tra III Thí nghiệm Làm thí nghiệm hai phiên Đo đ i lượng đây, bạn ph i tính tốn giá trị i n trở để đưa 100mA Ph i. .. bị chủ yếu nguồn cấp Vì thế, hiểu biết tốt nguồn cấp i n mang l i l i ích th i gian tiền bạc nhiều việc hiểu biết phần khác thiết bị i n tử Chương gi i thiệu lo i mạch chỉnh lưu máy chỉnh lưu