Bạn làm quen với PSpice: Dùng PSpice phân tích mạch đa hài nâng áp

Tìm hiểu PSpice

 

PSpice là một phần mềm dùng chạy mô phỏng các sơ đồ mạch điện. Trước hết Bạn hãy vẽ một mạch điện với các ký hiệu lấy trong các thư viện của PSpice, sau khi đặt xong các trị số cho các thành phần linh kiện của sơ đồ mạch, Bạn sẽ cho chạy trình PSpice để khảo sát:

 

1. Điều kiện phân cực của mạch. Ở đây PSpice sẽ tính điện áp trên các đường mạch, tính racường độ dòng điện chảy vào chảy ra trên các chân của các linh kiện và tính công suất tổn hao trên các thành phần linh kiện của mạch

 

2. Cho thấy các mức áp hay dòng điện biến đổi trên mạch theo trục thời gian, khi Bạn cho kích thích mạch với các dạng nguồn tín hiệu có biên độ thay đổi.

 

3. Cho thấy đáp ứng biên độ của mạch theo trục tần số, khi Bạn cho kích thích mạch với các dạng nguồn có tần số thay đổi.

 

 

Sau đây là một thí dụ cơ bản: Khảo sát hoạt động của một tầng khuếch đại đơn giản.

 

 

 

Công việc sẽ gồm có các bước sau:

 

Bước 1: Vẽ sơ đồ mạch điện với trình Capture CIS.

 

 

Trước hết hãy kích chuột mở trình Capture CIS của OrCAD dùng vẽ các mạch điện nguyên lý. Sau khi lấy các ký hiệu có trong các thư viện của PSpice, chúng ta vẽ xong một sơ đồ mạch điện như hình sau:

 

 

Đây là mạch khuếch đại dùng một transistor, với điện trở R1 cấp áp phân cực cho chân B, điện trở R2 dùng định mức áp cho chân C và cũng là điện trở lấy tín hiệu ra trên chân C, trên chân E chúng ta đặt điện trở R3 để định dòng và lấy tín hiệu hồi tiếp nghịch sửa méo.

 

Khi vẽ hình này, tất cả các ký hiệu Bạn đều phải lấy trong các thư viện của PSpice, vì chỉ trong các thư viện này, các ký hiệu linh kiện mới có liệt kê các thông số dùng cho công việc thiết kế mạch. Khi chạy PSpice, trình mô phỏng sẽ lấy các thông số này để tính ra các kết quả. Vậy nếu Bạn lấy ký hiệu trong các thư viện khác, hay ký hiệu do Bạn tự tạo ra, nó vốn chỉ là một hình vẽ mà thôi, lúc đó trình PSpice sẽ báo lỗi. 

 

 

 

Bước 2: Liên thông với trình PSpice

 

Sau khi đã vẽ xong một sơ đồ mạch điện hợp lệ trên trang vẽ của Capture CIS của OrCAD, Bạn sẽ cho liên thông với trình PSpice để dùng phần mềm này thiết kế, tính toán các thông số vận hành của mạch. Qua các kết quả Bạn có thể biết được trạng thái làm việc của mạch, từ đó chọn tiếp qua các bước khác. Thao tác với trình PSpice được thực hiện trên thanh công cụ như các hình sau:

 

 (1) Kích vào tiêu hình này để liên thông với trình PSpice

 

Bạn kích vào tiêu hình này sẽ bung ra một cửa số, ở đây bạn sẽ đặt tên tùy ý để PSpice lưu giữ các kết quả phân tích vào tên này.

 

 

 (2) Đặt tên để cất giữ các kết quả phân tích.

 

 

Trong ô Name: Bạn đặt tên tùy chọn, thí dụ như: da-hai-nang-ap, đặt tên xong nhấn nút Create là xong

 

 

(3) Kích vào tiêu hình này để chọn kiểu phân tích

 

 

Trình PSpice hay tất cả các phần mềm mô phỏng khác thường chỉ làm có 4 công việc chính, đó là:

 

   1. Tính toán trạng thái phân cực tĩnh cho mạch.

    2. Khảo sát mạch hay đặc tính của các linh kiện với chức năng quét DC.

    3. Khảo sát biên độ của mạch theo trục thời gian t

    4. Khảo sát biên độ của mạch theo trục tần số f 

 

 

(4) Chọn kiểu phân tích là Bias Point, xác lập trạng thái phân cực tĩnh 

 

 

Trong cửa sổ này Bạn chọn kiểu phân tích mạch:

 

   1. Chọn Bias Point để tính toán trạng thái phân cực cho mạch.

   2. Chọn DC Sweep dùng để khảo sát mạch bằng kỹ thuật quét

   3. Chọn Time Domain dùng để xem biên độ thay đổi theo trục thời gian t

   4. Chọn AC Sweep duǹg để xem biên độ thay đổi theo trục tần số f 

 

Thông thường khi thiết kế một mạch điện, Bạn nên làm theo trình tự sau:

 

* Đầu tiên vẽ các thành phần linh kiện của mạch có liên quan đến điều kiện phân cực của mạch, trong phân cực DC các tụ điện xem như làm hở mạch các cuộn dây xem như làm ngắn mạch, lúc tìm phân cực DC, Bạn không cần chú ý đến vai trò của các tụ điện và các cuộn cảm.

 

* Tiếp theo Bạn cho chạy PSpice với kiểu chọn là Bias Point, kết quả phân tích, Bạn sẽ có mức áp trên các đường mạch, cường độ dòng điện chảy qua các linh kiện và công suất tổn hao trên các linh kiện của mạch điện. Nếu điều kiện phân cực chưa đúng, Bạn sửa đổi, như cho thay đổi trị số của điện trở, thay đổi kiểu mạch... cho đến khi lấy được phân cực mới chuyển qua các bước khác.

 

* Khi đã lấy đúng điều kiện phân cực rồi, Bạn lấy nguồn tín hiệu cho kích thích mạch và xem các biến đổi trên mạch theo trục thời gian, lúc này Bạn chọn kiểu phân tích là Time Domain.

 

* Khi mạch đã làm việc tốt với nguồn tín hiệu mà Bạn đưa vào kích thích mạch, bây giờ Bạn chuyển qua khảo sát mạch với nguồn tín hiệu mà tần số của nó thay đổi để khảo sát mạch làm việc trong một dãy tần rộng, Bạn chọn kiểu phân tích là AC Sweep.

 

 

(5) Cho chạy PSpice để phân tích mạch

 

 

Sau khi đã khai báo xong kiểu phân tích, Bạn kích vào tiêu hình này, xem hình trên, để chạy trình PSpice. Nếu mội việc đều bình thường, hợp lệ Bạn sẽ có kết quả còn nếu như mạch có dính lỗi thì trình PSpice sẽ cho hiện ra một văn bản nói rõ mạch đang bị lỗi gì, lúc đó Bạn sẽ sửa lỗi và cho phân tích lại.

 

  

Bước 3: Xem kết quả và hiệu chỉnh điều kiện phân cực.

 

Để biết mức áp có trên các đường mạch, Bạn kích vào tiêu hình có chữ V. 

 

Kết quả phân tích của PSpice cho thấy, với mức áp nguồn nuôi là 9V DC, mức áp trên chân C là khoảng 4V, nằm khoảng giữa mức nguồn nuôi là được, mức áp trên chân B là 0.77V là được, vì rào áp của mối nối B-E đã là 0.6V. Nếu Bạn muốn giảm mức áp trên chân C xuống một chút, Bạn có thể tăng trị của R2, hay giảm trị của R1. Ở đây vai trò của R3 ít có ảnh hưởng đến trạng thại phân cực của mạch.

 

Chuyển qua xem cường độ dòng điện chảy vào ra trên các chân của các linh kiện

 

Kết quả phân tích cho thấy, dòng chảy ra trên chân B là khoảng 3uA và dòng chảy ra trên chân C của transistor là 489uA, và dòng chảy vào trên chân E là tổng của hai dòng này cộng lại. Nếu muốn biết hệ số khuếch đại dòng tĩnh của transistor, Bạn lấy dòng I_C chia cho dòng I_B . Với mạch khuếch đại làm việc với biên độ tính hiệu nhỏ, dòng làm việc I_C của transistor lấy khoảng nửa mili-amp là được. Dòng I_C lấy lớn độ lợi lớn nhưng mức tiếng ồn cũng lớn, lấy dòng I_C nhỏ, mạch hoạt động rất êm, ít nhiễu ồn nhưng cho độ lợi nhỏ.

 

 

Kết quả phân tích trên cho thấy công suất tổn hao trên các linh kiện. Từ các con số này, chúng ta sẽ biết cách chọn công suất chịu nóng cho các linh kiện. Mạch cho thấy, chúng ta dùng các điện trở có công suất chịu nóng khoảng 1/8 Watt là quá đủ rồi. 

 

 

Bước 4: Khảo sát mạch với nguồn tín hiệu dạng Sin có tần số cố định.

 

Sau khi lấy đúng phân cực, chúng ta chuyển qua khảo sát mạch ở trạng thái động, lấy các dạng nguồn tín hiệu cho kích thích mạch ở ngả vào rồi xem sự biến đổi của các thông số trong mạch.

 

Bước đầu Bạn vào kho lấy nguồn VSIN và cho nối tín hiệu dạng Sin này vào chân B của transistor qua tụ liên lạc C1, tụ C1 bắt cầu cho tín hiệu đi qua mà không làm sai phân cực hiện có trên chân B của transistor.

 

Bạn kích mở cửa sổ chọn kiểu phân tích và khai báo các thông số phân tích:

 

 

*  Với nguồn tín hiệu Sin có tần số là 1KHz, chu kỳ tín hiệu sẽ là 1ms, Bạn chọn ô Run to time là 4ms nếu Bạn muốn xem 4 chu kỳ tín hiệu hiện trên màn hình, Bạn chọn 10ms nếu Bạn muốn cho hiện 10 chu kỳ tín hiệu trên màn hình.

 

* Ở ô Start saving data after chọn 0, có nghĩa Bạn muốn xem kết quả từ vị trí khởi đầu, nếu Bạn chọn 1ms, trình PSpice sẽ bỏ qua phần 1ms không cho hiện ra trên đồ thị biên-thời.

 

* Ở ô Maximun Step Size chọn 0.01ms, ý Bạn muốn trong 1ms PSpice sẽ tính 100 điểm, vậy với khai báo 4ms bên trên, trình PSpice sẽ tính 400 điểm để cho vẽ ra đồ thị biên-thời. Khai báo này quá ít hình vẽ ra sẽ thô, khai báo này quá nhiều, vượt khả năng phân tích của PSpice, PSpice sẽ báo lỗi.

 

 

 

 

Sau khi phân tích xong, trình PSpice cho hiện kết quả trên đồ thị biên-thời. Từ đồ thị này Bạn biết gì:

 

* Bạn thấy tín hiệu vào trên chân B và lấy ra trên chân C có tính đảo pha. Khi mức volt trên chân B tăng lên thì mức volt trên chân C sẽ giảm xuống và ngược lại.

 

* Tín hiệu ngả vào là dạng Sin, tín hiệu ngả ra cũng dạng Sin, mạch khuếch đại không làm méo tín hiệu.

 

* Bạn lấy biên độ tín hiệu ngả ra chia cho biên độ tín hiệu ngả vào sé tính được độ lợi của mạch khuếch đại. Mạch khuếch đại này cho độ lợi gần 40 lần.

 

 

 Để thấy rõ hơn một lần nữa tôi dán vào đây hình tín hiệu ngả vào và ngả ra. 

 

 

 

 

Đây là mạch khuếch đại làm việc với tín hiệu biên nhỏ. Vậy nếu chúng ta đưa biên độ tín hiệu lớn vào thì sẽ xẩy ra chuyện gì?

 

Chúng ta tăng biên độ tín hiệu từ 10mV lên 200mV. Bạn xem hình, trong khai báo nguồn: Voffset là 0V, tần số làm việc Freq là 1KHz và biên độ tín hiệu Vamp là 200mV.

 

 

 

Kết quả phân tích cho thấy, biên độ tín hiệu ngả ra đã bị méo nặng. Phần trên và phần dưới đều bị "cắt ngọn". Nguyên do là mức volt ở ngả ra khi tăng lên không thể vượt cao hơn mức nguồn nuôi (lúc này transistor ở trạng thái ngưng dẫn) và khi giảm xuống không được thấp hơn mức áp chân B (lúc này transistor ở trạng thái bão hòa).

 

 

 

 

 

Để khảo sát tín hiệu chúng ta có thể chuyển qua dùng đồ thị phổ tần, dùng phân tích Fourier, chúng ta thấy một tín hiệu thuần Sin sẽ chỉ hiện một vạch trên đồ thị phổ tần, với các tín hiệu phi Sin, phân tích chuổi Fourier sẽ cho thấy nó là sự kết hợp của nhiều thành phần tín hiệu Sin có tần số là bội của tần số cơ bản, lúc đó trên đồ thị phổ tần ngoài một vạch chính còn xuất hiện nhiều vạch phụ khác, chúng ta nói đó là các sóng hài của tín hiệu phi Sin. Vậy một tín hiệu thuần Sin sẽ không có hài, một tín hiệu phi Sin, như sóng vuông sẽ phát sinh nhiều sóng hài. Người ta gọi tín hiệu sóng vuông là sóng đa hài. 

 

 

 

Bước 5: Khảo sát mạch với nguồn tín hiệu Sin có biên độ cố định.

 

 

Bây giờ khảo sát mạch với nguồn tín hiệu dạng Sin có biên độ không đổi với tần số thay đổi. Chúng ta vào kho lấy nguồn tín hiệu VAC, cho mức nguồn là 1V để dễ phân tích đồ thị. Bạn xem hình. 

 

 

Cho mở cửa sổ chọn kiểu phân tích: Bạn chọn mục AC Sweep và khai báo các thông số phân tích.

 

 

Trong ô Start Frequency lấy 10, có nghĩa là khởi đầu dùng nguồn tín hiệu 10Hz. Ô End Frequency chọn 1 Meg, tần số phân tích cao nhất là 1MHz. Trong ô Points/Decade chọn 101, nghĩa là trong một bước 10, chúng ta yêu cầu PSpice tính 101 điểm. Bước 10 là từ 10Hz đến 100Hz, từ 100Hz đến 1KHz...

 

 

 Sau khi chạy trình PSpice, chúng at có kết quả hiện trên đồ thị biên-tần. bạn xem hình

  

 

Đồ thị cho thấy: Đường cong ngả ra thẳng đều và ở biên độ 32. Điều này có nghĩa là mạch khuếch đại cho độ lợn 32 lần trong dãy tần tín hiệu từ 10Hz đến 1MHz.

 

Sau đây chúng ta thử xem những thành phần nào sẽ ảnh hưởng đến đường cong biên-tần.  

 

* Khởi đầu thêm tụ tạo tác dụng hồi tiếp nghịch, lấy tín hiệu ngả ra trên chân C trả về ngả vào trên chân B. Tụ C3 có trị là 120pF.

 

Sau khi chạy trình PSpice với kiểu phân tích AC Sweep, chúng ta có kết quả như hình sau:

 

 

Đường cong cho thấy, ở vùng tần số thấp, tác dụng hồi tiếp nghịch không đáng kế vì trị của tụ C3 nhỏ 120pF, nên đường cong biên tần trong vùng này không có thay đổi. Nhưng khi tần số của nguồn tăng cao thì tác dụng hồi tiếp nghịch đáng kể, biên độ tín hiệu ở vùng tần số cao bị giảm xuống. Do vậy chúng ta biết nếu muốn giảm biên tín hiệu vùng tần cao thì dùng các tụ nhỏ tạo hồi tiếp nghịch trên chân C về B.

 

Bây giờ thử xem tác dụng của các tụ liên lạc có trị số nhỏ. Chúng ta dùng tụ liên lạc C1, C2 có trị 1uF 

 

Kết quả phân tích cho thấy, khi dùng các tụ liên lạc nhỏ, tín hiệu ở vùng tần số thấp bị giảm biên. Điều này dễ hiểu, vì dung kháng X_C của các tụ điện có sức cản dòng lớn đối với các tín hiệu có tần số thấp, nó cản mạnh các tín hiệu vào ra mạch khuếch đại, nên kết quả biên độ vùng tần thấp bị giảm. Chúng ta thường nói, nếu dùng các tụ liên lạc nhỏ sẽ làm mất tín hiệu vùng tần thấp. 

 

 

 

Thử xem vai trò của các cuộn dây trong các mạch khuếch đại. Gắn cuộn cảm L trên chân C, chúng ta được gì?

 

Chúng ta biết cuộn dây có cảm kháng X_L tăng theo tần số, tần số càng cao, cảm kháng càng lớn. Kết quả phân tích cho thấy: Với cuộn dây đặt trên chân C, biên độ tín hiệu vùng tần cao tăng mạnh tạo ra đỉnh, do đó cuộn dây này quen gọi là peak coil. 

 

 

 

Qua phần thị phạm trên, tôi nghĩ Bạn cũng đã quen với cách dùng PSpice để phân tích các sơ đồ mạch điện. Không cần biết mạch điện của Bạn đơn giản hay phức tạp trình tự phân tích cũng thường gồm có các bước như phần trình bày trên. Ở đây cũng nói rõ hơn, OrCAD hay PSpice không dùng cho các Bạn không phải dân chuyên ngành, trước hết Bạn phải là dân điện tử, có trình độ trung cấp, biết phân tích kết quả qua các dạng đồ thị, biết làm một số phép toán sơ cấp, nếu có trình độ toán cao cấp càng tốt. Nhưng theo tôi, nếu Bạn đã "mê" môn điện tử rồi thì trước sau gì Bạn cũng phải làm quen với phần mềm này, vì nó giúp cho chúng ta rất rất nhiều.

 

 

 

 

Bây giờ chúng ta vào đúng đề tài của bài viết:

 

Dùng dao động đa hài tạo xung dùng cuộn cảm L tạo mạch nâng áp DC.

 

 

 

Dao động đa hài là gì?

 

Dao động là chỉ loại mạch điện, khi được cấp nguồn nó tự phát ra tín hiệu. Đa hài là ý nói chúng ta có tín hiệu dạng phi Sin, như sóng tam giác, sóng nhọn, sóng vuông..., loại tín hiệu này có nhiều sóng hài (có thể xem các sóng hài trên đồ thị phổ tần của PSpice). Vậy, các mạch điện tự tạo ra tín hiệu dạng phi Sin quen gọi là mạch dao động đa hài. 

 

Trong bài này chúng ta dùng 2 transistor ráp thành mạch dao động đa hài tạo ra tín hiệu dạng xung vuông, các tín hiệu lấy ra trên các chân C.

 

 

Nguyên lý làm việc của mạch như sau: Bình thường cả 2 transistor đều cho phân cực ở trạng thái bão hòa, khi bị kích thích, từng transistor sẽ lần lượt tạm chuyển vào trạng thái ngưng dẫn, và khi transistor từ ngưng dẫn trở lại bão hòa thì lại đẩy transistor kia vào trạng thái ngưng dẫn. Chi tiết Bạn có thể tìm đọc lại các bài viết trước của tôi.

 

Bạn click chuột vào dòng này để mở xem

 

 

 

Sau khi dùng PSpice phân tích mạch, chúng ta có kết quả như hình sau:

 

 

Khi mức áp trên chân B bị ghim ở mức 0.7V thì transistor ở thời kỳ bão hòa, lúc này mức áp trên chân C xuống thấp và khi chân B bị tụ C đẩy xuống mức volt rất âm thì transistor bị đẩy vào ngưng dẫn, mức áp trên chân C tăng lên bằng mức nguồn, nhưng do phải chờ tụ nạp nên mức áp trên chân C lên không thẳng,, điều này làm cho độ dóc lên không thẳng. Lúc này tụ C trên chân B sẽ xả điện, hình vẽ cho thấy đường cong xả điện, và khi tụ C xả hết điện chuyển qua nạp điện, khi lên đến 0.7V thì bị mối nố B-E ghim áp và transistor lại chuyển vào trạng thái bão hòa...Sự nạp xả của 2 tụ điện sẽ lần lượt làm cho 2 transistor lần lượt ngưng dẫn rồi bão hòa và chúng ta có xung vuông trên 2 chân C của 2 transistor. 

 

Khi dùng xung để kích thích các cuộn cảm L phát ra điện áp ứng chúng ta cần có xung với bờ lên và bờ xuống phải thẳng. Vậy có cách sửa độ dóc lên của xung này không? 

 

 

 

Sửa độ dóc lên của một xung vuông

 

Qua phân tích, chúng ta biết khi transistor Q2 chuyển vào ngưng dẫn, mức áp trên chân C của Q2 sẽ phải tăng lên bằng mức nguồn, nhưng do tụ C2 phải nạp lại điện nên khiến cho độ dóc lên của xung không thẳng, vậy để tránh ảnh hưởng của tụ C2 nạp điện làm cho độ dóc lên không thẳng, chúng ta cho tụ C2 nạp lại điện qua R5 và cách ly mức áp trên chân C với tụ C2 qua diode D1, điều này sẽ làm cho độ dóc lên rất thẳng. Chúng ta thấy kết quả qua đồ thị biên-thời của PSpice.

 

 

 

Kết quả phân tích của PSpice cho thấy chúng ta dùng mạch R5, D1 đã tạo được độ dóc lên được cải thiện, độ dóc lên rất thẳng.   

 

 

 

 

 

Dùng cuộn cảm để nâng áp

 

Chúng ta biết khi dùng xung vuông cho kích thích cuộn dây L, quá trình sẽ cõ 2 giai đoạn:

 

(1) Giai đoạn bơm dòng vào cuộn dây, lúc này cuộn dây L sẽ tạo ra dòng điện ứng có chiều chống lại dòng điện chảy vào cuộn dây. Chúng ta nói đây là giai đoạn nạp điện năng vào cuộn dây. Cuộn dây sẽ chứa điện năng dưới dạng một từ trường.

 

(2) Giai đoạn xả điện, khi cắt dòng nạp vào cuộn dây L, lượng điện năng tích chứa trong cuộn dây L sẽ hoàn trả lại mạch điện dưới dạng xung ứng, do biên độ mức xung ứng tùy thuộc vào thời gian ngắt mạch dt, thời gian ngắt mạch dt càng ngắn, càng nhanh thì biên độ xung ứng sẽ rất cao. Chúng ta dùng đặc tính này của cuộn dây L để tạo mức volt cao cho mạch nâng áp.

 

 

 

 

Trong mạch, chúng ta dùng xung ra trên chân C của Q2, qua R6, để đóng mở transistor Q3. Ở đây transistor Q3 làm việc như một khóa điện đóng mở nhanh.

 

* Khi Q3 bão hòa, nó sẽ bơm dòng vào cuộn cảm L1. Lúc này cuộn dây L ở thời kỳ nạp điện năng. Mức volt trên chân C của Q3 xuống gần bằng 0V.

 

* Khi Q3 ngưng dẫn, nó cắt nhanh dòng chảy qua cuộn dây L, cuộn dây sẽ chuyển qua thời kỳ hoàn trả điện năng, nó phát ra điện áp ứng biên cao trên chân C của Q3. Biên của xung này sẽ cộng thêm với mức áp Vcc của nguồn nuôi, qua diode D2 cho nạp điện vào tụ lọc C3, trên tụ C3 chúng ta sẽ lấy được mức áp DC cao. Trong mạch chúng ta dùng điện trở tải R7 để làm tải, với R7 chúng ta sẽ đạt được sự cân bằng điện năng của mạch.  

 

 

Để hiểu được mạch làm việc ra sao, chúng ta dùng PSpice để phân tích mạch, kết quả phân tích như hình sau:

 

  

 

Đồ thị trên cho thấy, trong thời gian 1ms đầu tiên, điện áp trên tụ C3 được cho nạp dòng, mức áp trên tụ C3 tăng lên đến 110V, sau đó biên độ giảm dần xuống do sự xả điện qua điện trở tải R7 và mức áp ngả ra sẽ ổn định do sự cân bằng giữa qui trình nạp và xả.

 

 

Có cách nào tạo ra một mức áp DC ổn định trên tụ C3 không? Mức áp này ít phụ thuộc vào điện trở tải? Chúng ta sẽ xét đến vấn đề này trong mạch kế sau đây. 

 

 

Dùng hồi tiếp để xác định điện áp ngả ra.

 

 

Trong mạch chúng ta dùng đường hồi tiếp với diode Zener và transistor Q4 cho tắt xung theo mức áp ngả ra, mạch làm việc như sau:

 

 

Khi mức áp trên tụ C3 chưa lên đủ cao thì diode zener D3 không dẫn điện, transistor Q4 còn ngưng dẫn, và mạch phát xung đóng mở cấp cho Q3 vẫn hoạt động. Khi mức áp trên tụ C3 lên cao hơn mức 30V thì diode zener D3 sẽ dẫn điện và nó làm bão hòa Q4, Q4 bão hòa sẽ làm tắt mạch dao động và ngưng cấp xung đóng mở cho Q3, vậy tụ C3 tạm thời không được bơm điện nữa. Nhưng khi mức áp trên tụ C3 giảm xuống do cấp dòng cho tải, lúc này mức áp xuống dưới mức 30V thì diode zener lại vào trạng thái tắt, không dẫn điện nữa và transistor Q4 lại ngưng dẫn và mạch dao động sẽ chạy lại và lại cấp điện cho tụ C3. Với cách hoạt động như vậy, chúng ta thấy mức áp trên tụ C3 sẽ được giữ ổn định ở mức 30V. Bạn xem đồ thị của PSpice sẽ thấy, mức áp trên tụ C3 qua cơ chế lúc nạp lúc xả đã được giữ ổn định ở mức 30V. 

 

 

 

 

Một mạch điện tương tự:

 

 

Ráp mạch nâng áp dùng ic 555 và cuộn cảm L. 

 

Nói đến dao động đa hài, mạch tạo ra tín hiệu dạng xung vuông, chúng ta nghĩ ngay đến ic định thời 555. Trong phần này tôi sẽ ráp mạch nâng áp dùng ic 555 làm mạch tạo xung đóng mở, và cho nâng áp với cuộn cảm L đặt trên chân C của một transistor đóng mở nhanh và sau cùng cho ổn áp với mạch hồi tiếp điều khiển cho tác động vào chân 4, chân reset của IC 555. Toàn bộ đều cho chạy mô phỏng với trình PSpice tìm kết luận.

 

1. Chạy mô phỏng PSpice trên mạch dao động với ic 555.

 

 

Mạch dùng ic 555 ráp thành mạch dao động tạo xung. Tần số xung lấy theo trị của R9, R10 và tụ C5. Xung ra trên chân số 3 có bờ lên và bờ xuống rất tốt. Để hiểu nguyên lý vận hành của mạch dao động với ic 555, Bạn tìm xem lại các bài trước, tôi đã có trình bày vấn đề này chi tiết hơn.

 

Bạn click chuột vào dòng này để mở xem

 

Kết quả phân tích cho thấy:

 

* Khi mức volt trên chân 2,6 giảm xuống đến mức 1/3 mức áp nguồn thì ngả ra trên chân 3 bậc nhanh lên mức áp cao, lúc này chân 7 hở masse và tạo điều kiện cho tụ C5 nạp điện, dòng nạp qua điện trở R9, R10, và mức áp trên chân 2,6 đang tăng dần lên.

 

* Khi mức áp trên chân 2, 6 tăng lên đến mức 2/3 mức áp nguồn thì ngả ra trên chân 3 sẽ giảm nhanh xuống mức áp thấp 0V, lúc này chân 7 cho nối masse và tụ C5 chuyển qua giai đoạn xả điện, dòng xả qua R10 và mức áp trên chân 2/ 6 đang giảm dần xuống.

 

...Qui trình trên sẽ lập đi lập lại và trên chân số 3 chúng ta sẽ có xung vuông với độ dóc lên xuống rất thẳng và trên chân 2, 6 chúng ta có tín hiệu dạng răng cưa, Bạn xem đồ thị. 

 

 

 

Từ đồ thị trên, chúng ta có thể nói được biên độ của tín hiệu, chu kỳ của tín hiệu và tính ra tần số của tín hiệu và nói được dạng sóng của tín hiệu. Trong thực tiển, Bạn phải dùng đến máy hiện sóng mới có thể thấy được các tín hiệu trên mạch điện

 

 

2. Dùng cuộn cảm L tạo ra xung ứng biên cao để nâng áp

 

 

Trong mạch này chúng ta dùng xung vuông ra trên chân 3 của ic 555 làm xung đóng mở transistor Q3. Và cũng giải thích tương tự như các mạch điện trên, mỗi khi transistor Q3 dẫn điện nó bơm điện năng vào cuộn cảm L1 và mỗi khi Q3 ngưng dẫn, từ cuộn cảm L1 sẽ "bung ra" xung ứng có biên độ rất cao, chúng ta cho nắn xung này với diode D2 và cho nạp điện vào tụ ổn áp C3, lúc này trên tụ C3 sẽ có mức áp DC cao. Trong mạch này mức áp ngả ra sẽ tự cân bằng theo điều kiện tải R7.

 

Sau khi chạy trình PSpice chúng ta có kết quả như đồ thị sau: Bạn thấy mức áp ngả ra tự cân bằng ở mức khoảng 42V, và mức áp này sẽ thay đổi theo trị của điện trở tải.

 

 

 

 

3. Dùng mạch hồi tiếp để ổn định mức áp DC trên ngả ra

 

Câu hỏi: Có cách nào định được trước được mức áp ngả ra không? Và tạo ra mức áp ổn định ít bị ảnh hưởng theo trị số của điện trở tải?

 

Câu trả lời: Có.

 

Chúng ta sẽ dùng mạch hồi tiếp, cho tác động vào chân số 4 của ic 555 để giữ cho điện áp ngả ra trên tụ C3 lấy theo trị Vz của diode zener. Nguyên lý điều khiển như sau:

 

 

 

* Khi mức áp DC trên tụ C3 còn thấp hơn mức áp Vz=30V của diode zener thì D3 không dẫn điện, vậy Q4 tắt và chân 4 của ic 555 cho ở mức áp cao và ic 555 sẽ dao động liên tục phát ra xung đóng mở mạch, cuộn dây L sẽ liên tục bơm điện năng vào tụ C3, mức volt DC trên tụ C3 tăng lên cao.

 

* Khi mức áp DC trên tụ C3 lên cao quá mức áp 30V thì diode zener D3 sẽ dẫn điện, nó làm cho Q4 bão hòa, chân 4 của ic 555 sẽ bị đặt ở mức 0V, lúc này ic 555 sẽ tạm tắt dao động, cuộn dây L ngưng bơm điện năng vào tục C3.

 

* Do tụ C3 liên tục xả dòng qua điện trở tải, nên mức áp DC trên tụ C3 sẽ giảm dần xuống, khi mức áp trên tụ C3 giảm xuống dưới mức 30V thì diode zener lại ngưng dẫn và Q4 lại tắt, chân 4 của ic 555 lại cho lên mức áp cao và ic 555 lại dao động trở lại, và như vậy cuộn dây L1 lại cho bơm điện năng vào tụ C3.

 

Qui trình trên lập đi lập lại và giữ cho mức áp DC ngả ra trên tụ C3 được ổn định và định trước theo mức áp Vz của diode zener.

 

 

Dùng PSpice cho phân tích mạch trên, chúng ta thấy đường biểu diễn xem trên chân 3 của ic 555 đã nói lên đúng nguyên lý hoạt động của mạch, đúng theo những gì chúng ta đã biết.  

 

 

 

Nhìn vào đường biểu diễn lấy trên chân số 3 của ic 555, Bạn có thể nói được diễn tiến của mạch theo trục thời gian t, nói một cách định lượng và chính xác, đó chính là cái "tuyệt dời" của trình PSpice. Vì vậy dân điện tử nhà nghề rất thích dùng PSpice để tìm hiểu các mạch điện lạ, trước khi có ý định bỏ tiền bỏ công ra mua các linh kiện về để lắp ráp các loại mạch điện này.

 

 

 

Tạm kết

 

Tôi không muốn viết gì hơn nữa, sợ bài viết sẽ quá dài, chỉ mong Bạn đọc hiểu các phần trên và hãy tìm cách đắc thủ cho được trình PSpice nói riêng hay trình OrCAD nói chung, và dùng phần mềm chuyên nghiệp cao này cho công việc nghiên cứu điện tử hàng ngày của Bạn. Khi có dịp tôi sẽ trở lại đề tài này với hướng mở rộng hơn, bao la hơn. Mong Bạn thường xuyên vào xem và giới thiệu trang web nhà phuclanshop.com cho nhiều Bạn khác cùng vào xem. Và nếu có trích dẫn các bài viết ở trang web miễm phí này, Bạn nên ghi thêm dòng chữ cho biết xuất xứ của bài Viết. Chào thân ái!

 

 

 

 

 

 

đã đến phút thư giãn...

 

 

Bạn cùng tôi đi xem mặt ngôi trường MIT (Massachussetts Institute of Technology) ở bên dòng sông Charles, Boston MA. Người ta nói nếu muốn học nấu món phở tuyệt ngon thì phải tìm đến Việt Nam mà học, còn muốn học môn võ thuật chính tông thì phải đến Thiếu Lâm Tự bên Trung Quốc. Vậy còn muốn học khoa học kỹ thuật công nghệ cao thì phải tìm đến trường MIT ở Boston xứ Mỹ rồi. Qua Mỹ tôi muốn nhìn mặt ngôi trường nổi tiếng khắp hoàn cầu này, thật không hổ danh, ngôi trường MIT to lớn trang nghiêm và không khí chung quanh trường mang màu sắc hiện đại, tiên tiến, một không khí học tập khai phóng rất dễ chịu...Có dịp chúng ta sẽ còn nói nhiều về ngôi trường cao quý này.

 

 

 

 

Bạn click chuột vào dòng này để xem ngôi trường nổi tiếng MIT

 

 

 

Người soạn   mời Bạn vào xem...