Khuyếch đại từ

Chia sẻ: Dinh Quang Hieu Hieu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:23

0
162
lượt xem
51
download

Khuyếch đại từ

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khuếch đại từ là một thiết bị điện mà người ta điều khiển cảm kháng XL của cuộn cảm ứng từ hoá nhờ dòng một chiều để khuếch đại và tổng hợp tín hiệu điện.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Khuyếch đại từ

  1. ch¬ng VI:khuyÕch ®¹i tõ VI.1.Kh¸i niÖm chung VÒ khuÕch ®¹i tõ(K§T) VI.1.1.Nguyªn t¾c t¸c dông. KhuÕch ®¹i tõ lµ mét thiÕt bÞ ®iÖn mµ ngêi ta ®iÒu khiÓn c¶m kh¸ng XL cña cuén c¶m øng tõ ho¸ nhê dßng mét chiÒu ®Ó khuÕch ®¹i vµ tæng hîp tÝn hiÖu ®iÖn. VI.1.2.CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc. a)CÊu t¹o M¹ch tõ kÝn cã hai cuén d©y nh h×nh VI-1. Cuén d©y lµm viÖc cã sè Xδ Rt vßng Wlv, ®iÖn trë rlv vµ ®iÖn + c¶m Llv, ®îc m¾c nèi tiÕp víi t¶i Rt vµ ®îc ®Êu vµo nguån xoay chiÒu. Udk Wdk WLV U,f Cuén d©y ®iÒu khiÓn cã sè vßng W®k, ®iÖn trë r®k, ®îc - It ®Êu vµo nguån mét chiÒu. Khi cã dßng xoay chiÒu ®i H×nh VI-1: vµo cuén d©y lµm viÖc Wlv, Trªn S ¬ ®å nguyªn lý khuÕch ®¹i cuén ®iÒu khiÓn sÏ xuÊt hiÖn tõ mét søc ®iÖn ®éng c¶m øng. Do vËy trªn cuén d©y mét chiÒu sÏ cã dßng xoay chiÒu g©y ¶nh h- ëng kh«ng tèt ®Õn qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn. §Ó h¹n chÕ dßng xoay chiÒu trong m¹ch nµy ngêi ta m¾c thªm vµo cuén c¶m æn ®Þnh Xδ mµ ®Æc ®iÓm cña nã lµ cã ®iÖn trë rÊt nhá vµ ®iÖn kh¸ng rÊt lín ®èi víi dßng ®iÖn cã tÇn sè nguån cung cÊp. b)nguyªn lý lµm viÖc - Khi cha cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (kho¸ K më) ®iÖn kh¸ng cña cuén d©y lµm viÖc XLV ®îc x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc: 2 = ω L LV = ω W LV = µω SW .∆ φ X LV ; LV ∆I l víi:S - diÖn tÝch tiÕt diÖn lâi; WLV- sè vßng cña cuén day lµm viÖc; l- chiÒu dµi trung b×nh cña lâi thÐp. µ lµ ®é tõ thÈm cña vËt liÖu lµm lâi. NÕu nh kÕt cÊu cña khuÕch ®¹i tõ kh«ng thay ®æi (S, l, W LV kh«ng ®æi) vµ tÇn sè cña nguån cung cÊp kh«ng ®æi ta cã thÓ viÕt: 66
  2. XLV = K.µ; §iÒu nµy cho ta thÊy c¶m kh¸ng cña cuén d©y lµm viÖc chñ yÕu phô thuéc vµo ®é tõ phÈm µ. MÆt kh¸c dßng ®iÖn ®i trong cuén d©y lµm viÖc ®îc x¸c ®Þnh theo: U I LV = 2 2 ; X +R 2 2 trong ®ã: R2 = Rlv + Rt ; X2 = XLV + Xt; B (2) ∆B2 Bm1 α (1) ∆H2 Bm2 ∆H1 H Hm2 Hm1 i lv2 .W H2 = l i lv1 .W H1 = t l H×nh VI-2: §­êng cong tõ ho¸ cña vËt liÖu s¾t tõ Tõ ®ã ta thÊy r»ng nÕu b»ng c¸ch nµo ®ã ta thay ®æi ®îc µ, ta sÏ thay ®æi ®îc XLV vµ do ®ã thay ®æi ®îc dßng ®iÖn trong cuén lµm viÖc. §êng cong tõ ho¸ cña vËt liÖu s¾t tõ lµm lâi ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh VI- Ngêi ta chia ®êng cong thµnh hai vïng: Vïng1- lµ vïng mµ lâi s¾t cha b·o hoµ vµ vïng 2- lµ vïng mµ lâi s¾t b·o hoµ. Khi kh«ng cã dßng ®iÒu khiÓn ngêi ta chÕ t¹o K§T sao cho ®iÓm lµm viÖc cña nã trªn vïng 1 cña ®êng cong tõ ho¸. 67
  3. ë vïng nµy lâi s¾t cha b·o hoµ, cã ®é tõ thÈm µ1= ∆B1/∆H1 rÊt lín nªn ®iÖn kh¸ng cña cuén d©y lµm viÖc ë vïng nµy cã gi¸ trÞ lµ X LV1= Kµ1 còng rÊt lín (XLV1lµ ®iÖn kh¸ng cña cuén d©y lµm viÖc ë vïng 1). th«ng thêng ®iÖn trë t¶i Rt rÊt nhá so víi XLV1, v× vËy dßng ®iÖn ®i trong cuén d©y lµm viÖc chñ yÕu ®îc x¸c ®Þnh bëi Xlv1. NÕu bá qua Rt vµ rLV ®iÖn ¸p gi¸ng trªn cuén d©y WLV lµ: Uhdông = UWLV1 = 4,44 f WLV Bm1S ; (VI-1) Víi :UWLV1- lµ trÞ sè hiÖu dông cña ®iÖn ¸p gi¸ng trªn cuén lµm viÖc khi lâi cha b·o hoµ; Bm1 - biªn ®é cêng ®é tõ c¶m trong vïng 1; H m1 = Bm1/µ1- biªn ®é cêng ®é tõ trêng trong lâi khi cha b·o hoµ. biªn ®é cña dßng ®iÖn ®i trong cuén lµm viÖc khi lâi cha b·o hoµ: H .l ; I LVm1 = m1 W LV (VI-2) Quan hÖ cêng ®é tõ trêng H ( vµ còng lµ quan hÖ cña dßng ®iÖn) víi thêi gian ®îc biÓu thÞ nh h×nh VI-2. Nh vËy ta thÊy r»ng khi lâi cha b·o hoµ, ®iÖn ¸p chñ yÕu gi¸ng trªn cuén d©y lµm viÖc, cßn trªn t¶i lµ rÊt nhá. - Khi trong m¹ch ®iÒu khiÓn cã dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn I ®k dßng ®iÖn nµy tõ ho¸ lâi lµm cho ®é tõ thÈm cña lâi thay ®æi. Gi¶ thiÕt r»ng do t¸c dông cña dßng ®iÒu khiÓn I®k lâi sÏ b·o hoµ. Khi ®ã hÖ thèng chuyÓn sang lµm viÖc ë vïng 2 cña ® êng cong tõ ho¸. ë vïng nµy ®é tõ thÈm µ2 = ∆B2/∆H2 nhá. Do vËy mµ XLV2 = K µ2 rÊt nhá lµm cho dßng ®iÖn trong m¹ch t¨ng lªn. Trong thiÕt kÕ khuÕch ®¹i tõ thêng tÝnh to¸n nh thÕ nµo ®ã ®Ó cho X LV2
  4. nÕu α = 0 th× Bm2 vµ UWLV2 = 0 nghÜa lµ toµn bé ®iÖn ¸p nguån ®Æt lªn ®iÖn trë t¶i. Qua ph©n tÝch chóng ta ®i ®Õn kÕt luËn sau: ChÕ ®é lµm viÖc khi I®k = 0 gäi lµ chÕ ®é kh«ng t¶i, khi ®ã dßng ®iÖn qua t¶i ILV1 rÊt nhá. ChÕ ®é lµm viÖc khi I®k ≠ 0 vµ lâi b·o hoµ gäi lµ chÕ ®é xuÊt cùc ®¹i vµ dßng ®iÖn trong phô t¶i I LV2 ®¹t B trÞ sè lín nhÊt. VI.1.3.§êng cong tõ ho¸ lý tëng. +B Trong khuÕch ®¹i tõ vËt liÖu chÕ S t¹o lâi lµ quan träng nhÊt. §Ó chÕ t¹o 0 H khuyÕch ®¹i tõ, ngêi ta dïng vËt liÖu -BS s¾t tõ ®Ó chÕ t¹o cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau: H×nh VI-3: - Khi t¨ng cêng ®é tõ c¶m B = 0 §­ê ng cong tõ ho¸ lý t­ë ng ®Õn cêng ®é tõ c¶m b·o hoµ B = B s ®- êng cong B = f(H) rÊt dèc gÇn nh th¼ng dB ®øng µ = ≈∞. dH - Trong vïng b·o hoµ ®êng B = f(H) gÇn nh song song víi trôc hoµnh µ ≈ 0. - BÒ réng cña cét chu tr×nh tõ trÔ rÊt nhá §Ó dÔ dµng xÐt c¸c qu¸ tr×nh lµm viÖc cña khuÕch ®¹i tõ ngêi ta thêng coi vËt liÖu chÕ t¹o lâi cã ®Æc tÝnh tõ ho¸ lý tëng. §Æc ®iÓm cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ lý tëng nh sau: - Trªn ®o¹n B = 0 ®Õn B = Bs cã µ = ∞; - Vïng b·o hoµ µ = 0; - DiÖn tÝch cña chu tr×nh tõ trÔ b»ng kh«ng. VI.2.KhuyÕch ®¹i tõ cã cuén c¶m trªn hai lâi K§T cã cuén c¶m trªn hai lâi ®îc sö dông t¬ng ®èi réng r·i vµ phæ biÕn, ®¬n gi¶n nhÊt lµ ta nghiªn cøu khuÕch ®¹i tõ cã t¶i lµ thuÇn trë vµ c¸c cuén d©y tõ ho¸ ®îc ®Æt vÒ 1 phÝa so víi lâi. §Ó søc ®iÖn ®éng c¶m øng bªn cuén ®iÒu khiÓn b»ng Zªr«, khi ®Æt mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu vµo cuén d©y lµm viÖc, ngêi ta m¾c cuén ®iÒu khiÓn nèi ngîc, cña cuén lµm viÖc lµ nèi thuËn hoÆc ngîc l¹i. ta kh¶o s¸t chÕ ®é lµm viÖc cña khuÕch ®¹i tõ khi ch¹y qua cuén ®iÒu khiÓn mét dßng ®iÒu khiÓn i®k víi nh÷ng gi¶ thiÕt sau: - VËt liÖu lµm lâi cã ®êng cong tõ ho¸ lÝ tëng; 69
  5. - §iÖn trë cña cuén ®iÒu khiÓn quy ®æi vÒ cuén lµm viÖc rÊt nhá so víi ®iÖn trë cuén d©y lµm viÖc: 2 W  R'dk = Rdk  LV  <
  6. - §èi víi lâi §1 theo ®Þnh luËt b¶o toµn dßng ®iÖn: iLVWLV+ i®kW®k = H1l1; (VI-4) - §èi víi lâi §2 iLVWLV+ i®kW®k= H2l2; (VI-5) Do trong kho¶ng 0 < θ < θS lâi cha b·o hoµ nªn H1 = H2 = 0. Tõ hai ph¬ng tr×nh trªn chøng tá iLV = i®k= 0 ®iÒu nµy cho thÊy dßng ®iÖn trong m¹ch b»ng zªr« vµ tÊt c¶ ®iÖn ¸p nguån c©n b»ng víi søc ®iÖn ®éng cña cuén d©y lµm viÖc. U Π Π − θS 2Π 0 θS ωt B 2B dk + BS B1 B2 B1 ( 0 ) θ 2B dk B 2 ( 0) U dk i dk I dk = R dk θ U i LV − I dk = dk R dk θ H×nh VI-5. / NÕu U
  7. dB1 Ud1 = Wlv.S (VI-4) dt dB2 Ud2 = Wlv.S (VI-5) dt LÊy tÝch ph©n (VI-4) vµ (VI-5) ta cã: B1= - Bmcosθ + C1 (VI-6) B2= - Bmcosθ + C2 (VI-7) Khi θ = 0 ; B1 = B1(0) vµ B2 = - BS Do vËy: C1= B1(0) +Bm C2= -BS(0) +Bm Thay C1 vµ C2 vµo (VI-6) vµ (VI-7) ta ®îc: B1= - Bmcosθ + Bm+ B1(0) hay B1= - Bm(1- cosθ) + B1(0) (VI-8) B2= - Bm cosθ + Bm - BS hay B2= - BS+ Bm(1- cosθ) ViÕt l¹i ta cã: B1= B1(0) + Bm(1- cosθ) B2= - BS+ Bm(1- cosθ) Tõ ®ã ta cã: (B1- B2) = B1(0) + B2 (VI-9) / Nh ta ®· nãi khi U dk
  8. Tõ (VI-10) ta thÊy: iLVWLV = i®kW®k (VI-11) §iÒu nµy ta thÊy trÞ tøc thêi søc ®iÖn ®éng cña cuén d©y lµm viÖc vµ cuén d©y ®iÒu khiÓn b»ng nhau, gièng nh mét biÕn ¸p lý tëng. Gi¶n ®å thay thÕ cña khuÕch ®¹i tõ sau khi lâi § 1 b·o hoµ ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh VI-6a. Do §1 b·o hoµ lªn trong cuén d©y lµm viÖc vµ ®iÒu khiÓn kh«ng sinh ra søc ®iÖn ®éng, v× vËy trªn s¬ ®å thay thÕ chØ kÓ ®Õn ®iÖn trë t¸c dông cña cuén d©y. Do lâi §2 lµm viÖc nh mét m¹ng biÕn ¸p lý tëng lªn ®iÖn trë vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn cã thÓ quy ®æi vÒ cuén d©y lµm viÖc, ta cã s¬ ®å thay thÕ h×nh VI-6b. V× R '®k
  9. i lv Wlv W U sin θ i dk = = lv . m ; (VI-13) Wdk Wdk R lv BiÓu thøc nµy chøng tá dßng ®iÒu khiÓn lÆp l¹i dßng lµm viÖc theo tû lÖ xÝch x¸c ®Þnh. mèi quan hÖ gi÷a dßng ®iÒu khiÓn vµ dßng lµm viÖc theo thêi gian thÓ hiÖn trªn h×nh VI-5. Sau khi diÖn ¸p qua Zªro cùc tÝnh cña chóng ®æi dÊu vµ còng nh qu¸ tr×nh ë nöa chu kú tr- íc, lâi §2 b·o hoµ tríc, dßng qua phô t¶i ilv = - U/Rlv, trong nöa chu kú thø hai nµy dÊu cña dßng ®iÖn t¶i thay ®æi t¬ng øng víi dÊu cña ®iÖn ¸p nguån cung cÊp. v× lâi §1 cha b·o hoµ cho nªn: i lv Wlv i dk = − ; Wdk NÕu trÞ sè tøc thêi cña søc tõ ®éng b»ng nhau vÒ m« ®un th× trÞ sè trung b×nh cña chóng còng b»ng nhau. Bëi vËy, ta cã thÓ viÕt trÞ sè trung b×nh cña søc tõ ®éng: iLVWLV = i®kW®k; (VI-14) V× vËy mµ trong khuÕch ®¹i tõ lý tëng trÞ sè trong b×nh søc tõ ®éng cña cuén d©y lµm viÖc vµ cuén d©y ®iÒu khiÓn b»ng nhau. Ph©n tÝch ®êng cong dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn i®k ta thÊy r»ng chu kú cña dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn nhá h¬n hai lÇn chu kú cña dßng ®iÖn t¶i vµ ®iÖn ¸p nguån cung cÊp. Bëi vËy thµnh phÇn thay ®æi cña dßng ®iÒu khiÓn chØ cã ®iÒu hoµ bËc ch½n so víi ®iÖn ¸p nguån cung cÊp. ChÕ ®é lµm viÖc mµ khi R'®k
  10. trong lâi sÏ ®æi dÊu vµ ®êng cong c¶m øng tõ §1 vµ §2 sÏ ®æi vÞ trÝ cho nhau. ë nöa chu kú ®Çu lâi §2 b·o hoµ, cßn ë nöa chu kú sau lâi § 1 b·o hoµ. §èi víi b¸n chu kú ®Çu: It i W i dk = − lv lv ; 2 Wdk §èi víi b¸n chu kú sau: ilvWlv 1 U i dk = ; Wdk R LV 45 Víi gi¶ thiÕt (Rt >> 2rLV) ®Æc tÝnh 0 0 / Idk cã ®îc tr×nh bµy trªn h×nh VI-7. H×nh VI-7: §Æc tÝnh vµo ra cña khuÕch ®¹i tõ nhËn §Æ c tÝ nh vµo ra cña ®îc ®èi xøng qua trôc tung ®êng 1 h×nh K§T. VI-7. Vµo thêi ®iÓm c¶ hai lâi §1 vµ §2 b·o hoµ hoµn toµn: U I 'dk = I 'dk max = I lv max = ; R lv trong ®ã: I 'dk max - lµ dßng ®iÒu khiÓn quy ®æi lín nhÊt khi dßng ®iÖn t¶i ®¹t trÞ sè lín nhÊt. Quan hÖ gi÷a trÞ hiÖu dông dông cña dßng ®iÖn trong cuén d©y lµm viÖc víi dßng ®iÒu khiÓn kh«ng tuyÕn tÝnh ®êng 2 h×nh VI-7. Cuén d©y lµm viÖc cña K§T cã thÓ m¾c song song khi ®ã dßng ®iÖn ®i qua phô t¶i b»ng hai lÇn dßng ®iÖn ®i qua tõng cuén d©y lµm viÖc. §iÒu nµy cho thÊy khi tiÕt diÖn cña c¸c cuén d©y lµm viÖc nh nhau trong trêng hîp m¾c song song ta cã c«ng suÊt gÊp hai lÇn so víi m¾c nèi tiÕp. V× qua mçi cuén lµm viÖc chØ cã 1/2 dßng ®iÖn phô t¶i, nªn ta cã: 1 It Wlv = I®k W®k; 2 §Æc tÝnh vµo ra cña K§T cã cuén d©y m¾c song song gièng nh trong trêng hîp m¾c nèi tiÕp. - u ®iÓm cña K§T cã cuén d©y m¾c song song: C«ng suÊt lín vµ hÖ sè c«ng suÊt cao. - Nhîc ®iÓm cña K§T cã cuén d©y m¾c song song: Qu¸ tr×nh ®iÓu khiÓn chËm, cuén d©y m¾c song song h×nh thµnh m¹ch ng¾n m¹ch cã h»ng sè thêi gian lín. Qóa tr×nh t¨ng tõ trêng ®iÓu khiÓn trong K§T chËm v× t¸c dông khö tõ cña dßng ®iÖn ph¸t sinh trong m¹ch ®ã. VI.3.2.®Æc tÝnh vµo ra cña khuÕch ®¹i tõ thùc tÕ 75
  11. KhuÕch ®¹i tõ thùc tÕ cã vËt liÖu lµm lâi vµ ®êng cong tõ ho¸ kh¸c víi ®êng cong tõ ho¸ lý tëng. §iÒu nµy cã nghÜa lµ trªn ®êng cong tõ ho¸, ë vïng cã cêng ®é tõ trêng nhá, lâi cha b·o hoµ th× ®é tõ thÈm µ cha thÓ lín v« cïng, hay ë vïng cã cêng ®é tõ trêng b·o hoµ, ®é tõ thÈm µ còng kh«ng thÓ b»ng Zªr« nh ®· nªu ë khuÕch ®¹i tõ cã ®êng cong tõ ho¸ lý tëng. Qua ph©n tÝch cho thÊy ®Æc tÝnh vµo ra cña hai khuÕch ®¹i tõ thùc tÕ vµ lý tëng kh¸c nhau. ë h×nh VI-1 cho ta thÊy r»ng trong khuÕch ®¹i tõ thùc tÕ khi H®k= 0, ®Ó nhËn ®îc Bm1 cÇn ph¶i cã Hm1. NÕu trong chÕ ®é kh«ng b·o hoµ th× ®iÖn trë t¶i rÊt nhá so víi tæng trë cña cuén d©y lµm viÖc, ta cã thÓ viÕt: U = 4,4f WLVBm1S; H l Khi ®ã dßng ®iÖn qua t¶i (dßng kh«ng t¶i sÏ lµ) I 0t = W ; 0 lv víi: H0- lµ cêng ®é tõ trêng (trÞ sè trung b×nh) t¬ng øng víi Bm1. I0t - lµ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn t¶i. B©y giê ta xÐt vïng ®Æc tÝnh b·o hoµ. ë chÕ ®é b·o hoµ hoµn toµn, trong khuÕch ®¹i tõ lý tëng khi lâi b·o hoµ hoµn toµn ®iÖn kh¸ng cña cuén d©y b»ng Zªr«, khi ®ã dßng ®iÖn qua t¶i x¸c ®Þnh b»ng ®iÖn trë t¶i vµ ®iÖn trë t¸c dông cña cuén d©y lµm viÖc. ChÕ ®é nµy tån t¹i khi: U I lv = I t = Rlv U I dk = ' ; Rlv Tuy nhiªn ë khuÕch 1 2 ®¹i tõ thùc tÕ kh«ng x¶y ra U β bëi lÏ ®é tõ thÈm µ cña vËt Rlv I0t ' liÖu k«ng b»ng Zªr«, do 45 o I dk vËy ®êng ®Æc tÝnh vµo - ra cña khuÕch ®¹i tõ thùc I tÕ biÓu diÔn nh ®êng 2 t h×nh VI-8. XÐt c¶ hai ®êng ®Æc tÝnh cña khuÕch ®¹i tõ thùc tÕ vµ khuÕch ®¹i tõ lý tëng ta thÊy: PhÇn gi÷a cña ®Æc tÝnh vµo- ra cña khuÕch ®¹i tõ thùc tÕ vµ lý tëng lµ trïng nhau. Thêng ngêi ta sö dông phÇn gi÷a cña ®Æc tÝnh vµo ra ®Ó cho khuÕch ®¹i tõ lµm viÖc. V× vËy theo lý thuyÕt khuÕch ®¹i tõ lý tëng cã thÓ ®îc sö dông nh khuÕch ®¹i tõ thùc tÕ. Cßn ë phÇn kh«ng t¶i vµ ë phÇn suÊt cùc ®¹i ®îc ®a vµo c¸c hÖ sè ®iÒu chØnh. Trong 76
  12. khuÕch ®¹i tõ thùc tÕ ®é lín cña hÖ sè khuÕch ®¹i phô thuéc vµo ®é lín cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. TrÞ sè lín nhÊt mµ chóng ta cã ®îc lµ ë trªn vïng tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh vµo- ra. Tû sè gi÷a dßng t¶i cùc ®¹i vµ dßng kh«ng t¶i gäi lµ béi sè ®iÒu chØnh theo dßng ®iÖn. §Ó t¨ng béi sè theo dßng ®iÖn, ngêi ta gi¶m dßng kh«ng t¶i, ®Ó lµm ®îc nh vËy ngêi ta dïng vËt liÖu lµm lâi cã ®éi tõ thÈm rÊt cao trong vïng tõ trêng yÕu (tõ trêng kh«ng b·o hoµ). VI.4.hÖ sè khuÕch ®¹i vµ hiÖu suÊt lµm viÖc cña khuÕch ®¹i tõ Th«ng sè quan träng cña khuÕch ®¹i tõ lµ c¸c hÖ sè khuÕch ®¹i: VI.4.1.HÖ sè khuÕch ®¹i theo søc tõ ®éng Kaw ∆I lv Wlv K aw = = 1; ∆I dk Wdk VI.4.2.HÖ sè khuÕch ®¹i theo dßng ®iÖn Ki §o b»ng tû sè gi÷a sè gia cña dßng ®iÖn t¶i vµ sè gia cña dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn: ∆I t ∆I Ki = = lv ; ∆I dk ∆I dk Trong khuÕch ®¹i tõ cã ®êng cong tõ ho¸ lý tëng quan hÖ It = f(I®k) lµ tuyÕn tÝnh, ta cã thÓ viÕt: It Ki = ; I dk Trªn c¬ së tÝnh chÊt c¬ b¶n cña khuÕch ®¹i tõ, biÓu thøc søc tõ ®éng cña cuén d©y lµm viÖc vµ søc tõ ®éng cña cuén d©y ®iÒu khiÓn ta cã: It W Ki = = dk ; (VI-15) I dk Wlv VI.4.3.HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p Ku ∆U t ∆I lv .R t Ku = = ; ∆U dk ∆I dk .R dk Khi khuÕch ®¹i tõ cã ®êng cong tõ ho¸ lý tëng ta cã: Wdk R t Ku = . ; (VI-16) Wlv R dk VI.4.4.HÖ sè khuÕch ®¹i theo c«ng suÊt Kp ∆I 2 .R t Kp = t ; ∆I 2 R dk dk Víi khuÕch ®¹i tõ cã ®êng cong tõ ho¸ lý tëng: 77
  13. 2 Wdk R t R Kp = 2 . = t ; (VI-17) Wlv R dk R dk Tõ ®ã ta thÊy r»ng hÖ sè khuÕch ®¹i theo c«ng suÊt tû lÖ gi÷a b×nh ph¬ng cña tû sè gi÷a sè vßng cña cuén d©y ®iÒu khiÓn vµ cuén d©y lµm viÖc, bëi v× ë khuÕch ®¹i tõ cÇn cã K P >>1 nªn Rt >> R®k, thùc tÕ ngêi ta chÕ t¹o ®Ó khuÕch ®¹i tõ ph¶i cã ®iÖn trë t¶i lín gÇn b»ng toµn bé ®iÖn trë cña toµn m¹ch lµm viÖc, khi ®ã ta cã thÓ viÕt: R lv >> 1 ; R 'dk Bëi vËy ®Ó cho hÖ thèng khuÕch ®¹i ®îc theo c«ng suÊt lín cÇn thiÕt ph¶i lµm nh thÓ nµo ®ã ®Ó: R 'dk <
  14. - Do ®Æc tÝnh ®èi xøng qua trôc tung ®iÒu ®ã chøng tá tÝn hiÖu cña dßng phô t¶i kh«ng thÓ hiªn ®îc cùc tÝnh cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. - ë ®o¹n ®Çu cña ®Æc tÝnh vµo ra cña khuÕch ®¹i tõ thùc tÕ cã d¹ng kh«ng tuyÕn tÝnh, cho nªn ®Ó gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn Rt trong phô t¶i phô U thuéc vµo dÊu cña dßng ®iÒu khiÓn, §1 §2 còng nh ®Ó cã ®îc sù phô thuéc tuyÕn tÝnh Wlv Wlv * gi÷a dßng ®iÖn ®iÒu * khiÓn vµ dßng ®iÖn Wdc Wdc phô t¶i cÇn ph¶i di * * chuyÓn ®iÓm lµm * * viÖc vÒ gi÷a vïng W®k W®k _ R®k tuyÕn tÝnh ngêi ta th- + êng sö dông cuén U®k dÞch chuyÓn. Udc S¬ ®å nguyªn lý cña khuÕch ®¹i tõ H×nh VI-9: KhuÕch ®¹i tõ cã cué n dÞch cã cuén dÞch chuyÓn chuyÓn nh h×nh VI-9. ë ®©y cuén dÞch chuyÓn m¾c nh cuén ®iÒu khiÓn ®Ó lo¹i trõ viÖc ¶nh hëng cña dßng xoay chiÒu. ë khuÕch ®¹i tõ cã cuén dÞch chuyÓn còng gièng nh ë c¸c khuÕch ®¹i tõ trªn nhng kh¸c nhau ë chç trªn mçi lâi cña khuÕch ®¹i tõ cã t¸c dông cña søc tõ ®éng tæng céng cña ba cuén d©y. T¹i thêi ®iÓm cuén c¶m D1 b·o hoµ, ®èi víi cuén c¶m D2 cã thÓ viÕt: IlvWlv- I®kW®k- IdcWdc= 0 (VI-22) Tõ ®ã: IlvWlv = I®kW®k+ IdcWdc (VI-23) Trong b¸n chu kú tiÕp theo cuén c¶m D 2 sÏ b·o hoµ vµ ®èi víi cuén c¶m D1 cã thÓ viÕt: IlvWlv+ I®kW®k+ IdcWdc = 0 (VI-24) HoÆc: IlvWlv = -(I®kW®k+ IdcWdc) (VI-25) 79
  15. Nh vËy khi cã cuén dÞch chuyÓn sÏ gi÷ ®îc sù c©n b»ng vÒ m« ®un søc tõ ®éng cña cuén d©y lµm viÖc vµ tæng søc tõ ®éng cña cuén dÞch chuyÓn vµ cuén ®iÒu khiÓn. Tõ sù c©n b»ng vÒ gi¸ trÞ tøc thêi cña søc tõ ®éng cã thÓ thµnh lËp ®îc ph¬ng tr×nh c¬ b¶n ®èi víi trÞ sè trung b×nh nh sau: IlvWlv = I®kW®k+ IdcWdc Dßng ®iÖn ®iÓu khiÓn vµ dßng ®iÖn dÞch chuyÓn quy ®æi vÒ cuén lµm viÖc theo biÓu thøc: I dk I dc.Wdc I lv = + = I dk + I dc ' ' (VI-26) Wdk Wlv Trong trêng hîp tæng qu¸t khi khuÕch ®¹i tõ cã n cuén ®iÒu khiÓn th× cã thÓ viÕt: n I lv .Wlv = ∑ I dki .Wdki (VI-27) i =1 §Ó x©y dùng ®Æc tÝnh vµo ra cña khuÕch ®¹i tõ khi cã cuén dÞch chuyÓn cÇn l¸y ®Æc tÝnh cña khuÕch ®¹i tõ kh«ng cã cuén dÞch ' ' chuyÓn vµ chuyÓn trôc to¹ ®é ®i mét trÞ sè b»ng I dc . Khi I dc >0 ®êng ®Æc tÝnh vµo ra cã d¹ng nh h×nh VI-10. It Khi kh«ng cã ®iÖn ®iÒu khiÓn, trong phô t¶i cã dßng It0. NÕu dßng ®iÒu khiÓn cã dÊu d¬ng(+) th× dßng trong phô t¶i It0 sÏ t¨ng, nÕu dßng I®k ®iÒu khiÓn cã dÊu ©m(-) th× dßng trong ' phô t¶i sÏ gi¶m. Nh I dc vËy cuén dÞch H×nh VI-10: chuyÓn lµm cho trÞ §Æ c tÝ nh vµo ra cña khuÕch ®¹i tõ cã cué n dÞch sè dßng ®iÖn trong chuyÓn phô t¶i phô thuéc vµo cùc tÝnh cña dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn. VI.6.KhuÕch ®¹i tõ cã liªn hÖ ph¶n håi ngoµi 80
  16. S¬ ®å nguyªn lý cña khuÕch ®¹i tõ cã liªn hÖ ph¶n håi ngoµi nh h×n VI-11. Trªn mçi mét lâi goµi cuén lµm viÖc vµ cuén ®iÒu khiÓn cßn cã cu«n liªn hÖ ph¶n håi W ph. Cuén nµy ®îc m¾c trªn ®êng chÐo cña cÇu chØnh lu vµ ®îc cung cÊp b»ng dßng chØnh lu cña cuén lµm viÖc. Tõ ®Þnh luËt c©n b»ng søc tõ ®éng ta cã: ∼ Wlv Wlv * * Rt * * W®k W®k * * Wph Wph H×nh VI- 11: S ¬ ®å nguyªn lý cña khë i ®é ng tõ cã ph¶n håi ngoµi Ilv.Wlv= I®kW®k ± Iph .Wph (VI-28) - DÊu d¬ng(+) øng víi trêng hîp tõ trêng t¹o ra bëi cuén liªn hÖ ph¶n håi cïng chiÒu víi cuén ph¶n håi ®iÒu khiÓn. - DÊu ©m(-) øng víi trêng hîp hai cuén cã tõ trêng ngîc nhau. - DÊu d¬ng(+) øng víi trêng hîp liªn hÖ ph¶n håi d¬ng, ngîc l¹idÊu ©m(-) lµ liªn hÖ ph¶n håi ©m. NÕu Rt >>ωLph th× dßng ®iÖn trong cuén liªn hÖ ph¶n håi lÆp l¹i vÒ m« ®un cña dßng ®iªn trong cuén lµm viÖc i lv. TrÞ sè trung b×nh sau 1/2 chu kú cña dßng ®iªn ph¶n håi (I ph) b»ng gi¸ trÞ trung b×n cña dßng ®iÖn trong cu«n lµm viÖc (Ilv). V× phô t¶i lµ ®iÖn trë thuÇn nªn Ilv= It Ilv.Wlv= I®kW®k ± Iph.Wph (VI-28) DÊu (+) øng víi trêng hîp tõ trêng t¹o ra bëi cu«n liªn hÖ cïng chiÒu víi tõ trêng cuén ®iÒu khiÓn. DÊu (-) øng víi trêng hîp hai cuén cã tõ trêng ngîc nhau. DÊu (+) øng víi trêng hîp cã liªn hÖ ph¶n håi d¬ng, ngîc l¹i lµ liªn hÖ ph¶n håi ©m. 81
  17. NÕu Rt>>ωLph th× dßng ®iÖn trong cuén liªn hÖ ph¶n håi lÆp l¹i vÒ m« ®un cña dßng ®iÖn trong cuén lµm viÖc ilv. TrÞ sè trung b×nh sau 1/2 chu kú cña dßng ®iÖn ph¶n håi (I ph) b»ng gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn trong cuén lµm viÖc (I lv). V× phô t¶i lµ ®iÖn trë thuÇn nªn I lv= It;vËy VI-28 cã thÓ viÕt díi d¹ng: It.Wlv= I®kW®k ± It.Wph (VI-29) I dk .Wdk I t .W ph I t .W ph Hay: I t = ± = I dk ± = I dktd ' ' (VI-30) Wlv Wlv Wlv ' I dktd - Dßng ®iÒu khiÓn quy ®æi t¬ng ®¬ng cña khuÕch ®¹i tõ kh«ng cã liªn hÖ ph¶n håi. Ta kh¶o s¸t trêng hîp cã liªn hÖ ph¶n håi d¬ng: §Æc tÝnh vµo ra ' cña khuÕch ®¹i tõ khi kh«ng cã liªn hÖ ph¶n håi I t= f( I dktd ) nh h×nh VI- It It e’ k a e b c e’ a e α − I dk ' + I dk ' ' I dk d’ 0 d ' I dk 2 0' a) b) I dk 1 H×nh VI-12: §Æ c tÝ nh vµo ra cña khuÕch ®¹i tõ a) Kh«ng cã liªn hÖ ph¶n håi b) Cã liªn hÖ ph¶n håi 12a( ®êng K-0-C). Khi cã liªn hÖ ph¶n håi d¬ng viÖc tõ ho¸ ®îc tiÕn hµnh nhê søc tõ ®éng cã cuén ph¶n håi vµ ®iÒu khiÓn. W Tõ gèc 0 kÎ mét tia hîp víi trôc tung mét gãc α sao cho tgα = W . ph lv Khi dßng ®iÖn cña phô t¶i lµ It th× ®o¹n ab= tgα.It hay qua ®iÓm c vÏ mét ®êng th¼ng song song víi ob c¾t trôc hoµnh t¹i ®iÓm D th× ®o¹n ' od= I dk . VËy ®Ó x©y dùng ®Æc tÝnh vµo ra khi cã liªn hÖ ph¶n håi (h×nh VI-12b) tríc hÕt cÇn cã ®Æc tÝnh cña khuÕch ®¹i tõ kh«ng cã liªn hÖ ph¶n håi vµ trªn trôc hoµnh lÊy ®o¹n od b»ng dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn quy ®æi (od= I dk ). Tõ D kÎ mét tia t¹o víi trôc tung mét gãc α tia nµy c¾t ' ®Æc tÝnh kh«ng cã liªn hÖ ph¶n håi ë ®iÓm c cho gi¸ trÞ cña dßng ®iªn phô t¶i, ®êng th¼ng ®øng qua d c¾t ®êng n»m ngang qua c t¹i e th× 82
  18. ®o¹n oe chÝnh lµ mét nh¸nh cña ®Æc tÝnh vµo ra khi cã liªn hÖ ph¶n håi. Ta kh¶o s¸t ¶nh hëng cña liªn hÖ ph¶n håi ®Õn th«ng sè cña khuÕch ®¹i:  W ph  I dkWdk Tõ VI-29 ta cã: I t 1 −  W = W (VI-31)  lv  lv I t Wdk 1 = . hay I dk Wlv W ph (VI-32) 1− Wlv W ph §Æt K ph = - gäi lµ hÖ sã liªn hÖ ph¶n håi Wlv VËy ®Ó hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn khi cã liªn hÖ ph¶n håi lµ: Ki K iph = (VI-33) 1 − K ph Tõ VI-33 ta thÊy Kph cµng lín th× Kiph cµng lín. HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p khi cã liªn hÖ ph¶n håi lµ: Rt Ku K uph = K iph . = (VI-34) Rdk 1 − K uph HÖ sè khuÕch ®¹i theo c«ng suÊt: Kp K pph = K uph K iph = (VI-35) (1 − K ) ph 2 Ngoµi ra viÖc sö dông liªn hÖ ph¶n håi d¬ng sÏ lµm t¨ng sè thêi gian vµ hÖ sè phÈm chÊt cña khuÕch ®¹i nhng nã l¹i lµm gi¶m ®îc tÝnh qu¸n tÝnh cña khuÕch ®¹i. Khi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ©m th× tõ trêng cña cuén ®iÒu khiÓn vµ cuén ph¶n håi ngîc chiÒu nhau, nªn liªn hÖ ph¶n håi ®ãng vai trß lµ ph¶n håi ©m th× ®é dèc cña ®Æc tÝnh It(I®k’) gi¶m, hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn gi¶m (nh¸nh bªn tr¸i cña ®Æc tÝnh vµo ra) do ®ã ®Æc tÝnh vµo ra cña khuÕch ®¹i tõ khi cã liªn hÖ ph¶n håi nhËn ®îc kh«ng ®èi xøng qua trôc tung (h×nh VI-12b). VI.75.KhuÕch ®¹i tõ kÐp VI.7.1.Nguyªn t¾c t¸c dông, tÝnh chÊt ®Æc biÖt cña ®Æc tÝnh vµo- ra. TÊt c¶ c¸c K§T ®· kh¶o s¸t ë trªn cã nhîc ®iÓm lµ khi thay ®æi cùc tÝnh cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, dßng ®iÖn trong phô t¶i kh«ng thay ®æi dÊu vµ gãc pha. §Ó ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu cÇn ph¶i ®¶o chiÒu cña tõ trêng quay, muèn vËy cÇn ph¶i ®¶o c¸c pha cña tõ th«ng 1800 trong 1 cuén d©y. 83
  19. §Ó ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ ngêi ta dïng khuÕch ®¹i tõ kÐp hoÆc khuÕch ®¹i tõ ®¶o chiÒu. Trong K§T nµy khi thay ®æi dÊu cña dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn th× pha cña dßng ®iÖn t¶i thay ®æi 180 0. S¬ ®å cña K§T kÐp nh h×nh VI-13, cuén thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p cung cÊp cã ®iÓm gi÷a. Dßng ®iÖn qua phô t¶i I t = I1 - I2 (dßng I1 cña K§T tr¸i, dßng I2 cña K§T ph¶i). V× dßng qua phô t¶i I t = I1- I2 nªn s¬ ®å gäi lµ s¬ ®å vi sai. Tõ trêng dÞch chuyÓn trong K§T nh»m dÞch chuyÓn ®êng ®Æc tÝnh sang tr¸i mét trÞ sè: Wdc I 'dc1 = I dc1 ; (VI-36) Wlv vµ sang ph¶i mét trÞ sè: Wdc I 'dc2 = I dc2 ; (VI-37) Wlv Khi kh«ng cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn th× dßng ®iÖn trong phô t¶i b»ng 0. §Ó ®iÒu chØnh cho dßng ®iÖn t¶i b»ng 0 khi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn b»ng 0 ngêi ta sö dông ®iÖn trë Rdc. Khi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn d- ¬ng t¨ng th× I1 t¨ng I2 gi¶m. NÕu coi I1 vµ I2 lµ tuyÕn tÝnh th× ta cã thÓ viÕt: I t = I 0 + K i I dk − ( I 0 − K i .I dk ) = 2K i I dk ; (VI-38) VËy K§T kÐp cã hÖ sè khuÕch ®¹i b»ng hai lÇn hÖ sè khuÕch ®¹i cña K§T ®¬n th«ng thêng h×nh VI-14. V× dßng kh«ng t¶i b»ng 0 nªn béi sè cña sù thay ®æi dßng ®iÖn t¶i rÊt lín. So víi K§T ®¬n ë K§T kÐp vïng tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh vµo - ra U,f réng. rÊt - + - + I1 I 2 Rt MY1 MY2 Wlv Wlv Wlv Wlv * * * * Wdk * * Wdk ** Wdc I dc1 I dc2 Wdc + Udc - Rdc - Udk + 84 H×nh VI-13: S ¬ ®å nguyªn lý K§T kÐp
  20. It I1 It =I1 −I2 I dc2 / I dc1 I dk I2 H×nh VI-14: §Æ c tÝ nh It=f cña K§T kÐp Sù lµm viÖc cña hai khuÕch ®¹i tõ 1 vµ 2 cã thÓ coi nh hoµn toµn ®éc lËp, nhng trªn thùc tÕ hai K§T nµy lµm viÖc cã liªn hÖ víi nhau qua ®iÖn trë t¶i Rt. Gi¶ thiÕt ®iÖn trë trong cña m¸y biÕn ¸p cung cÊp b»ng 0. Khi cã tÝn hiÖu d¬ng trªn ®iÖn trë t¶i cã ®iÖn ¸p gi¸ng Ut, ®iÖn ¸p nµy cïng víi ®iÖn ¸p gi¸ng trªn nöa cuén d©y bªn ph¶i cña m¸y biÕn ¸p cung cÊp t¸c dông lªn K§T bªn ph¶i do ®ã ®iÖn ¸p ®Æt lªn cuén c¶m cña K§T bªn ph¶i t¨ng, dßng ®iÖn kh«ng t¶i t¨ng vµ lµm thay ®æi ®Æc tÝnh cña K§T 2. V× vËy ®iÖn ¸p trªn mçi cuén c¶m: U d = 2U t ; C«ng suÊt trªn mçi cuén c¶m t¬ng øng b»ng: P = 2U t .I t ; C«ng suÊt tæng céng cña K§T kÐp. P∑ = 2 P = 4U t .I t ; VËy c«ng suÊt tæng céng cña K§T kÐp b»ng 4 lÇn c«ng suÊt trªn phô t¶i, vËt liÖu chÕ t¹o còng t¨ng lªn 4 lÇn. V× ¶nh hëng lÉn nhau cña c¸c cuén c¶m lªn dßng ®iÖn kh«ng t¶i cña mçi khuÕch ®¹i t¨ng vµ hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt gi¶m. VI.7.2.S¬ ®å khuÕch ®¹i tõ kÐp KhuÕch ®¹i tõ kÐp cã thÓ gåm hai khuÕch ®¹i tõ cuén c¶m hoÆc hai khuÕch ®¹i tõ b·o hoµ hoÆc hai khuÕch ®¹i tõ cã liªn hÖ ph¶n håi ngoµi. 85
Đồng bộ tài khoản