M ch c u H
ạ
ầ
N i dung Các bài c n tham kh o tr c ộ ả ầ ướ
. 1. M ch c u H (H-Bridge Circuit) ạ ầ
. 2. M ch c u H dùng r le ầ ạ ờ
. 3. M ch c u H dùng BJT công su t ấ ạ ầ
4. M ch c u H dùng MOSFET ạ ầ
I. M ch c u H (H-Bridge Circuit). ầ ạ
ố đầ
u dây (A v i (-), ơ ạ B v i (+)) thì ớ ề độ
ộ ng chân” này ( ạ ng tay đả
t s ngh o chi u ự ạ đ ệ ả ă
i n giúp ề ộ ỉ
ạ i sao l ồ ạ ẽ ấ ng” nh th . Nh ng t ư ế ạ
ng c DC có 2 s b n có m t Gi u dây này u A và B, n i 2 ộ độ ả ử ạ ơ đầ i n DC ( c qui v i m t ngu n ố t r ng n u n i i n – battery). Ai c ng bi đ ệ ắ ồ đ ệ ộ ớ ế ằ ế ũ A v i c c (+), B v i c c (-) mà ng c ch y theo chi u thu n (kim đồ ng độ ớ ự ớ ự ậ o c c h ) thì khi o ng c s ơ ẽ đả ớ đả ự đấ ồ chi u quay. T t nhiên khi b n là m t “control guy” thì b n không h ề ấ ề ạ mu n làm công vi c “ ạ u dây), b n độ ố ề đấ ệ độ o i n có kh n ng t n m t m ch ệ đả ng th c hi n vi c ệ ắ ẽ ự độ ộ ĩ đế chi u này, m ch c u H (H-Bridge Circuit) s giúp b n. Nh th , m ch ạ ạ ầ ẽ ư ế ạ ề i t i n qua m t o chi u dòng c u H ch là m t m ch ng. ộ đố ượ đ ệ đả ạ đ ệ ầ ầ Tuy nhiên, r i b n s th y, m ch c u H không ch có m t tác d ng “t m ụ ộ ỉ ầ th i g i là m ch c u H, n gi n là vì ả đơ ầ ạ ạ ọ m ch này có hình ch cái H. Xem minh h a trong hình 1. ườ ạ ư ữ ọ
Hình 1. M ch c u H. ạ ầ
đầ ủ ắ
đầ i u khi n, “ độ u V và GND là 2 ầ đ ề ể
i u khi n là cho phép dòng đ ệ
ích đ ề n B ho c B ặ ể đế ề ạ
ệ ầ
ng. Ti p theo chúng ta s kh o sát ho t ng 4 khóa này “m ”, m ch c u H không ườ ẽ ủ i u ki n bình th Ở đ ề ế ở ng c a m ch c u H ạ ạ độ ạ ủ ầ
Trong hình 1, hãy xem 2 u (+) và (-) c a c qui, ng c DC mà chúng ta c n i t “ ng” là ng” này i t đố ượ ơ đố ượ u A và B, m c có 2 đố i i n qua “ ụ đ đầ n A. Thành ph n chính t o nên ng” theo chi u A t ầ đế ượ m ch c u H c a chúng ta chính là 4 “khóa” L1, L2, R1 và R2 (L: Left, ầ ạ R:Right). ho t ả ạ độ thông qua các hình minh h a 2a và 2b. ọ
Hình 2. Nguyên lý ho t đ ng m ch c u H. ạ ộ ạ ầ
s b ng cách nào ó (cái cách nào ó chính là nhi m v c a ng ệ đ ả ử ằ
ế ế ạ ễ
ộ n
đ ệ
ng theo chi u t ề ừ đế
s khác ệ ả ử ấ
B i t đố ượ
ng” (hay c th , i t ầ ạ o chi u quay ề ộ đố ượ
ẽ ả ệ ở ộ
ng th i 2 khóa ờ đồ ả đ ấ ễ
ặ i, ó là hi n t đ đ ậ ạ ầ
ặ ắ ể ẽ ị ỏ ắ ặ
Gi ườ i đ ụ ủ t k m ch) mà 2 khóa L1 và R2 thi ở i” (L2 và R1 v n m ), c “ óng l đượ đ ẫ ạ b n d dàng hình dung có m t dòng u i n ch y t V qua khóa L1 đế đầ n ạ ạ ừ đ ệ ng i t A và xuyên qua c khi qua khóa R2 và v ề u B c a nó tr đố ượ đế đầ ướ ủ Nh th , v i gi GND (nh hình 2a). i n ch y qua s này s có dòng ư ế ớ ư ạ ẽ ả ử i t A i r ng R1 và n B. Bây gi hãy gi đố ượ ờ đ ằ L2 óng trong khi L1 và R2 m , dòng i xu t hi n và l n này nó s i n l ẽ đ ầ đ ệ ạ ở ch y qua n A nh trong hình 2b (V->R1->B- ng theo chi u t ề ừ đế ạ ư >A->L2->GND). V y là ã rõ, chúng ta có th dùng m ch c u H để đả o ể đ ậ i n qua m t “ chi u dòng độ ng ụ ể đả đ ệ ề c ) b ng “m t cách nào ó”. đ ộ ơ ằ Chuy n gì s x y ra n u ai ó óng cùng m t bên ế (L1 và L2 ho c R1 và R2) ho c th m chí óng c 4 khóa? R t d tìm câu ư ng “ng n m ch” (short circuit), V và GND g n nh tr l ả ờ đ ể n i tr c ti p v i nhau và hi n nhiên c qui s b h ng ho c nguy hi m ố ự ế đ ề đạ i i u “ h n là cháy n m ch x y ra. Cách óng các khóa nh th này là đ ơ ệ ượ ớ ổ ạ ư ế ả
tránh vi c này x y ra, ng ả ạ ườ Để
ệ kích c u H, chúng ta s bi ầ ẽ ế i ta th ơ ng dùng ườ t rõ h n v m ch logic ề ạ
ph n d ng h p các khóa ở ả ườ ầ ố
t cu i cùng là 2 tr ụ ầ i ho c ph n ầ ướ ở
i t ộ ợ đ ng” cùng n i v i m t m c ố ớ
ầ u A, B c a “ đ ệ i n nào ch y qua, m ch c u H không ho t ạ
ơ ả ắ ể độ
ng thì nên m t ặ ng ớ ườ i n áp và ứ đ ệ ạ độ Đ ng. ây ng c (nh ng không ph i lúc nào c ng ũ ng h p này x y ra, n u ế ả ợ t c các khóa thay vì dùng ạ độ ườ ở ấ ả
ố ườ
c nguyên lý ho t đ ơ ả ủ ầ
ắ đượ ả ầ
ầ
ụ đ
ụ ủ đố ượ
ng ườ đượ ể ườ ế ủ
i thi ằ
ầ
ậ ẽ ậ
ệ ấ ạ ắ ọ
b n i v i m ch c u H. k ” ầ ị đố ớ thêm các m ch logic để ạ này trong các ph n sau. thi Gi ế trên cùng óng (ví d L1 và R1 cùng óng, L2 và R2 cùng m ). V i tr đ h p này, c 2 ủ đố ượ ả đầ ợ s không có dòng ạ ẽ có th coi là m t cách “th ng” ư ộ có tác d ng). Nói chung, chúng ta nên tránh tr ụ mu n m ch c u không ho t ầ ạ tr ng h p này. ợ ng c a m ch c u H, Sau khi ã c b n n m ạ độ ạ ạ t k m ch này b ng các lo i ph n ti p theo chúng ta s kh o sát cách thi ằ ế ế ạ ế ẽ c, thành ph n chính linh ki n c th . Nh tôi ã trình bày trong ph n tr ướ ầ ệ ụ ể đ ư làm các khóa c a m ch c u H chính là các “khóa”, vi c ch n linh ki n ọ ầ ạ ệ để ủ ệ ầ đ ề i u ng c n i t này ph thu c vào m c ích s d ng m ch c u, lo i ạ đố ượ ầ ộ ụ ạ ử ụ ng và c hi u bi i u ki n c a khi n, công su t tiêu th c a ệ ủ t, i t ả ể ế đ ề ấ c ch t k . Nhìn chung, các khóa c a m ch c u H th ng ầ ạ ế ế t o b ng r le (relay), BJT (Bipolar Junction Transistor) hay MOSFET ờ ạ t k m ch (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). Ph n thi ế ế ạ ế c u H vì v y s t p trung vào 3 lo i linh ki n này. Trong m i cách thi t ỗ ạ ầ ủ ừ ng c a t ng i thích ng n g n nguyên lý c u t o và ho t k , tôi s gi ạ độ ẽ ả ế c d n m b t h n. lo i linh ki n ạ ệ để ạ đọ ễ ắ ắ ơ
II. M ch c u H dùng r le. ờ ầ ạ
i n (electrical mechanical ờ ộ ạ
ắ ơ đ ệ
ớ ở ằ ộ ự
i
ĩ
i u khi n r le, qua ó ể ờ ể ạ
R le là m t d ng “công t c” (switch) c ắ ơ đ ệ âu nhé :) ). G i là công t c c device, không ph i c i n t i n vì ọ ả ơ đ ệ ử đ chúng g m các ti p i m c i n. đ ệ c i u khi n óng m b ng dòng ể đ ế đ ể ồ ơ đượ đ ề V i kh n ng óng m các ti p ọ ố để t i m, r le úng là m t l a ch n t ờ đ ở ả ă đ ế đ ể làm khóa cho m ch c u H. Thêm n a chúng l i u khi n b ng tín c ầ ạ ằ ể ạ đượ đ ề ữ hi u i n, ngh a là chúng ta có th dùng AVR (hay b t k chip ể i u khi n ấ ỳ ể đ ề ệ đ ệ i u khi n m ch c u H. Hãy quan sát nào) ầ đ đ ề để đ ề c u t o và hình dáng c a m t lo i r le thông d ng trong hình 3. ạ ờ ấ ạ ụ ủ ộ
Hình 3. C u t o và hình dáng r le. ấ ạ ờ
c u t o c a 1 r le 2 ti p ờ ế đ ể ả ấ ạ ủ
ế đ ể
i m th ườ
i u ki n bình th ng, do l c kéo c a lò ệ ự đ ề
ữ ẽ ế ế
ng, khi r le không ho t ớ ế đ ể c g i là đượ
ố i m. Có 3 c c trên ự ườ ng i m th ự ng m (Normal Open). ở ủ ạ độ ộ i m NC t o thành m t ạ i m th ti p ế đ ể c áp vào 2 đườ i n t o ra 1 l c t đ ệ ạ ế
ể
ế ng này t ế đ ể ộ ế ố ạ độ ươ
i n áp kích Solenoid. M t ở đ ệ ng “ óng – m ” c a r le là tính “cách li”. Hai ở ủ ờ đ
i n hoàn toàn cách li v i các ti p
ế ẽ ấ ớ ọ ố
ấ ớ
ặ ụ ờ
ở
ể ạ i m quá l n, nhi i n qua ti p ế đ ể ầ
Hình 3a (phía trên) mô t r le này. C c C g i là c c chung (Common), c c NC là ti p ự ọ ự ờ óng (Normal Closed) và NO là ti p đ ế đ ể Trong ờ ườ xo bên trái thanh nam châm s ti p xúc v i ti p ng ườ k t n i gi a C và NC, chính vì th NC đượ ọ ế ố ng kích ng ã óng). Khi m t óng (bình th i n áp ộ đ ệ ườ đ đ đ ự ừ i n), nam châm Solenoid (cu n dây c a nam châm đ ệ ủ ộ kéo thanh nam châm xu ng, lúc này thanh nam châm không ti p xúc v i ớ i m NO t o thành ti p i m NC n a mà chuy n sang ti p xúc v i ti p ạ ữ ớ ế đ ể ể 1 công t c chuy n m t k t n i gi a C và NO. Ho t ng t ữ ắ ự i m r t quan tr ng ọ c i u khi n b i c ể đượ đ ề ấ ộ đặ đ ể ng đườ trong cách ho t ạ độ i m c a r le, và vì kích nam châm ủ ờ ế đ ể đ ệ i n áp kích th s r t an toàn. Có 2 thông s quan tr ng cho 1 r le là đ ệ ờ i m ch u i n áp kích i m Solenoid và dòng l n nh t mà các c. ị đượ Đ ệ đ ể đ ể ng là 5V, 12V ho c 24V, vi c kích solenoid chính là công solenoid th ệ ườ ế i u khi n (ví d AVR). Vì ti p xúc gi a c c C và các ti p vi c c a chip ế đ ề ữ ự ệ ủ i m là d ng ti p xúc t m th i, không c nh nên r t d b h m ch. ấ ễ ị ở ạ ố đị ế ạ đ ể t có th sinh ra l n và làm h N u dòng ể ớ ệ ớ đ ệ ế ụ i a trong ng d ng i n t ti p xúc. Vì th chúng ta c n tính toán dòng ứ đ ệ ố đ ế c a mình ch n r le phù h p. ủ ế để ọ ờ ợ
ộ ờ ể ặ ạ
i) là ký hi u c a m t r le mà b n có th g p trong . Trong ký hi u này, chân 1 là chân ệ ủ i n t ầ ề ệ
ướ t k m ch ế ế ạ đ ệ ử i m NC và chân 3 là ti p ế đ ể đ
i m NO, trong khi ó hai chân ẽ dùng ký hi u này khi v ệ ộ
m t m ch c u H dùng r le ạ ế đ ể u c a cu n solenoid. Chúng ta s ầ ơ đồ ộ ạ ờ ẽ ờ đượ c u đầ đủ
Hình 3a (phía d các ph n m m thi C, chân 2 là ti p 4 và 5 là 2 đầ ủ m ch c u H dùng r le. S minh h a trong hình 4. ầ ọ
Hình 4. M ch c u H dùng r le. ầ ạ ờ
ở ạ
ng kích ng dòng ng ệ ượ để ố ch ng đườ
ượ c n i tr c ti p v i chip đượ ố ự ế c dùng đượ ng c ). Các ơ ể
hình 4, 4 diode i u khi n ể độ i u khi n mà thông qua các đ ề ự đ ệ
ờ ờ c (nh t là khi đ ề ấ ớ i ạ đượ ở ẽ
ơ
ầ
ễ ế ạ ng ạ ế ị ư
đặ c ng nh contactor, dòng ế ị ơ t b “c t n u thay r le b ng các linh ki n t ằ đế
i có th lên ể ố độ đ ă ở ủ ờ ở
ấ ng “dính” ti p ế đ ể c dùng trong ph ế đ ư ỏ ng pháp Trong m ch c u H dùng r le ầ hi n t solenoid không ở i n tr . c th c hi n qua các transistor, vi c kích các transistor l ệ ệ i n tr + transistor là “m ch kích”, tôi s h p T m th i chúng ta g i t ọ ổ ợ đ ệ ạ gi ng c a m ch kích trong ph n ti p theo. i thích rõ h n ho t ủ ạ độ ạ ầ ả i m là d ch t o, ch u dòng cao, M ch c u H dùng r le có u ạ ư đ ể ờ bi ệ ươ đươ ờ ệ ế n hàng tr m ampere. Tuy nhiên, do là thi i n t đ ệ ả khí” nên t c ậ n hi n t th d n ể ẫ đế H b ng r le không ờ ằ óng/m c a r le r t ch m, n u óng m quá nhanh có ầ i m và h h ng. Vì v y, m ch c u ệ ượ ạ ậ ể ố độ độ ng i u khi n t c đượ đ ề ươ
ế ẽ
ầ ọ
n hàng nghìn ho c tri u l n trên m i giây. c b ng PWM. Trong ph n ti p theo chúng ta s tìm hi u các linh ơ ằ ầ th thay th r le trong m ch c u H, g i là các “khóa đ ệ ử ớ ạ ể n ng óng/m lên ă đ i n có đ ệ ể i n t ” v i kh ả ỗ ế ờ ở ệ ầ đế ặ
II. M ch c u H dùng BJT công su t.
ạ ầ ấ
t t t c a t ộ ệ
ẫ
i thích v bán ệ
ệ ả ề ấ ạ ủ i thi u khái quát c u t o c a
ủ
ộ ố ẫ Bipolar Junction Transistor là m t linh ki n bán ng ng v i 3 l p bán d n trong ớ ớ ự ươ ứ c b n u gi i n t ề đ ệ ử ơ ả đề ệ ỉ ớ ho t ng c a transistor. ế độ ạ độ ọ thu c nhóm IV trong b ng tu n hoàn hóa h c, ầ ả
này có 4 electron i n hình, các nguyên t
ườ l p ở ớ ư
t ng, các electron dao ạ
i n t i n kém (g n nh không ầ ng m nh và d dàng b ị ễ i n c a bán d n s t ng. Tuy ẫ ẽ ă không ph i là các để ế ạ
ố ệ đ ệ ử ế
ạ ư ủ ạ ớ
ủ ị ớ
ấ ẫ ừ ế ấ ễ ẫ đ ệ
ạ ẫ
ng h p nguyên t ừ ố
c pha vào Si, 3 electron l p ngoài cùng c a Bo k t h p v i 4 electron ợ ớ ủ ớ
ẵ
ỗ ố
ẫ c g i là “l đượ ọ ạ ẫ ẫ
ế ọ ế đị độ ẫ ủ ẫ ẫ
ụ ệ ề ấ
đ ả ỉ ả
ế ạ
i v i nhau. ạ ủ ế đ
i n ch y qua theo 1 chi u t p sang n. Khi ghép ạ
bán d n ẫ đượ ứ ự ụ
ẽ ọ
ỉ ẫ ẽ ạ 3 l p bán d n s t o ớ c ghép chúng ta có i thích ho t ạ độ gi ng để ả ụ đ ề i u ứ ổ ế ạ
đượ ầ ể ạ
BJT là vi ế ắ ủ ừ d n (semiconductor device) có 3 c c t ẫ c u t o. Trong t t c các tài li u v ấ ả ấ ạ d n và BJT, trong tài li u này tôi ch gi ẫ transistor và ch y u là các ch ủ ế Bán d n là các nguyên t Silic (Si) là m t ví d ộ ụ đ ể ố tr ng thái th ngoài cùng. ng, Si là ch t d n Ở ạ ấ ẫ đ ệ t i n), khi nhi d n ệ độ ă ẫ đ ệ độ “b t” ra kh i tinh th và do ó tính d n ỏ ể ứ đ ẫ đ ệ ủ c dùng nhiên, bán d n ch t o linh ki n ả ẫ đượ tinh th thu n khi t mà có pha “t p ch t”. N u pha nguyên t nhóm V ấ ế ầ ể (nh Photpho) vào Si, 4 electron l p ngoài cùng c a P t o liên k t công ế hóa tr v i Si và có 1 electron c a P b “th a” (vì P có 5 electron l p ngoài ớ ị i n và có tính ch t cùng). Ch t bán d n có pha Photpho vì th r t d d n ấ ạ “âm” nên g i là bán d n lo i n (Negative), “h t d n” trong bán d n lo i n ẫ ẫ ạ ọ nhóm III, nh Bo (Boron), là electron (e th a). Tr ư ườ ế ợ đượ c a Si tuy nhiên v n còn 1 “ch tr ng” s n sàng nh n electron. “Ch ỗ ậ ủ ỗ ố ạ ạ ẫ tr ng” và có tính ch t nh 1 lo i h t d n tr ng” này ư ấ ố ứ độ ng. Bán d n lo i này vì th g i là bán d n lo i p (Positive). M c d ạ ươ d n c a bán d n. Tuy nhiên, bán d n có pha pha t p ch t quy t nh ấ ạ i n v n không có nhi u tác d ng, “ i u đ ề t p ch t dù ã c i thi n tính d n ẫ đ ệ ẫ ạ k di u” ch x y ra khi ghép chúng l ạ ớ ỳ ệ Khi ghép bán d n lo i p và lo i n v i nhau t o thành ti p xúc p-n (p-n ớ ạ ẫ junction), ây chính là các diode. i m c a ti p xúc p-n là ch có dòng c Đặ đ ể ề ừ đ ệ thành transistor, ph thu c vào th t ộ transistor npn hay pnp. Tôi s ch n transistor npn c dùng ph bi n trong các ng d ng c a transistor vì lo i này ủ khi n (và c trong m ch c u H). Hình 5 là mô hình và ký ki u c a ệ ủ ả transistor npn.
Hình 5. Transistor npn.
ớ ẫ ự ự
ự
ự ắ
Ba l p bán d n n, p và n k t h p t o thành 3 c c C (c c thu- ế ợ ạ Collector), c c B (n n – Base) và c c E (phát – Emitter). Tùy theo cách ự ề i ta có các lo i phân c c khác nhau, trong hình 6 tôi m c transistor mà ng ườ ạ trình bày cách phân c c r t c b n mà chúng ta s dùng sau này, phân c c ự ẽ ự ấ ơ ả E chung (CE- Common Emitter).
Hình 6. Phân c c E chung cho npn BJT. ự
c t o nên t ấ ừ ư ẫ ạ ấ t p ch t
ấ
ỏ đượ ạ ấ ố
ề ạ ố ấ
ừ
ỏ ự ề ả
đị
i n ng ề ề ả
c c C v E. Quan h c a các dòng các bán d n t p ch t nh ng n ng Tuy là ồ độ ạ đượ ạ ế c a các l p trong npn BJT r t khác nhau. L p E r t “giàu” h t d n, k ấ ớ ạ ẫ ớ ủ i r t ít h t d n và r t m ng. Khi n là l p C và l p B thì l i n áp c c B ấ ạ ấ ự đ ệ ạ ẫ ớ ớ đế i n áp c c E, ti p xúc p-n gi a B và E ậ c phân c c thu n. l n h n ế ự ự ữ ơ đ ệ ớ t “ch y” E (v n có r t nhi u do cách pha t p ch t) ào Dòng electron t ả ấ ạ ừ v B, trong khi l p B (bán d n lo i p) v n r t m ng và nghèo h t d n (l ỗ ạ ẫ ẫ ớ ề i v ngu n Vc tr ng), nên ph n l n electron t ố ồ đ ề ẽ ầ ớ nh mô t ề trên hình 6. Chú ý trên hình 6 tôi v chi u di chuy n là chi u ể ư i (vì theo nh ngh a chi u c a dòng electron, chi u dòng ề ủ c c B n gi n, dòng di n t dòng ượ đ ệ ã gây ra dòng đ E s “tràn” qua c c C và ẽ c l đ ệ ẽ ượ ạ i ả đơ ệ ủ i n s ng c chi u electron). Di n gi ễ i n t đ ệ ừ ự ĩ ệ ừ ự i n nh sau: ư đ ệ ề
v i dòng i m thú v là dòng electron tràn qua c c C s t l ự ẽ ỉ ệ ớ
ị ố ệ ư
c tính
t t ng lo i BJT, gái tr c a th ừ ườ
ệ ố ở ị ủ i m này mà transistor ư
ầ
ủ ả ử đ ạ ở
đ ệ ả
ự
ể
ng g n b ng 0, giá tr này ị
ạ đ ệ ị
ầ ị
ng này g i là bão hòa, ây là hi n t ệ ượ ệ ượ ư
đ ể ủ ọ
ự i ta hay s ( i u này gi c p ả ạ
ẳ
n s l ạ BJT r i vào tr ng thái bão hòa là I đ ề ạ ổ
ng nh m t “khóa ư ộ đ ệ ử ạ độ
IE=IB+IC (1) c M t ộ đặ đ ể n c c B. m i quan h nh sau: electron đế ự IC=hfeIB (2) i t nh (DC Current Gain) c a BJT Thông số hfe g i là h s khuy ch ủ ọ ế đạ ĩ phân và là h ng s c ghi b i các nhà s n xu t, nó chính là đặ để ấ ằ ả ố đượ n vài tr m. vài ch c ă bi ng r t l n, t ụ đế ạ ấ ớ ệ ừ ệ c dùng nh là m t linh ki n c Chính vì ộ đặ đ ể đượ i n bên ph i trong hình 6 (phía i”. ế đạ Hãy quan sát ph n m ch “khuy ch ả ạ đ ệ ứ i công th c s o n CE c a BJT là m t “ i n tr ”, xem l Vc), n u gi ộ đ ệ ạ ế ở C và i n tr R đ ệ IB thì dòng IC s t ng theo trong khi (2), n u t ng dòng i n đ ệ ẽ ă ế ă i, rõ ràng “ i n tr EC” ang gi m. Nói cách khác, C l ngu n Vồ i không đ ở ạ đổ i n tr gi a 2 c c CE c a BJT. Ti p t c t ng I dòng IB s làm gi m B thì ế ự ă ở ữ ả đ ệ ủ ẽ n giá tr nh nh t có th i n tr gi a 2 c c CE s gi m i u gì x y ra, ấ ỏ ị ẽ ả đế ự ở ữ đ ệ ả đ ề c ghi trong datasheet m i lo i c a nó (th ạ ằ ầ ỗ đượ ườ ủ ả ầ t giá tr min, ph n m ch i n tr CE c a BJT). Khi i n bên ph i g n ầ đạ ở đ ệ ủ ư t giá tr max và g n nh C, RC, RCE) nên dòng IC c ng nh c nh (V ũ đạ ư ố đị ă IB. Quan h gi a không thay ệ ữ IB và IC không còn úngđ i cho dù có t ng đổ ng r t nh công th c (2). Hi n t ấ ọ ứ ạ đ ệ quan tr ng c a transistor, nó là c s cho s phát tri n c a các m ch i n ơ ở ủ i thích t i sao ng t đề ậ đế ố ượ ng ườ ử ố đ ề ộ transistor trong các chip s , nh vi x lí cho máy tính ch ng h n). M t ố ử ư Cmax < hfeIB. i u ki n cách t ng quát, ơ ệ để i n t ”, hãy xem hình Khi BJT bão hòa nó s ho t ẽ 7.
Hình 7. Khóa đi n t BJT. ệ ử
i n ệ ố ạ đ ệ ở
B=330, RC=10K , h s khuy ch ở ặ ấ
i n qua hình 7 R i n áp đ ệ RC b ng 0 (ho c r t nh ),
i n áp 5V, dòng
ó 0.7 là t giá tr l n nh t khi V đạ ị ớ ằ đ ệ c kích kích b i ở đ ệ i n áp r i trên BE. Dòng I ơ s trong m ch ả ử ủ ng, dòng đượ đ ệ
ấ ẽ
đ ệ ừ
i m c đổ ứ đ ệ 12V sang 0V. Ho t đượ i n áp Vi ạ độ đ ừ
c g i là khuy ch
ạ
c “n i” v i GND nên Vo=0V i n áp ngõ ra s t ng c a BJT khi bão hòa ôi khi còn ể đượ c bão ế độ ng c a 4 BJT 2N3904 dùng trong i thích ho t ớ ố 0V sang 5V, ủ bão hòa, BJT có th i n áp. Vì ch ế độ trong m ch c u H. B n hãy dùng ch ầ ạ ủ ạ độ
i ế đạ đ ệ i n t đ ệ ử t gi để ự ả hình 4. ở ạ
ế độ
ọ khóa ng ươ đươ thay ướ ủ
ế đạ i Gi ngõ vào Vi=0V, BJT không ho t ạ t nh c a transistor là 100. Khi ĩ i n áp ngõ ra Vo=12V. ỏ đ ệ độ IB=(5 - 0.7)/330=0.013A trong Khi Vi CE=0V, khi đ C ó Iđ Cmax =12/10K=0.0012A. Rõ ràng IC < hfeIB và BJT s bão hòa. Khi BJT i,ạ . Tóm l bão hòa, VCE=0V và ngõ ra Vo b ng cách thay ẽ đượ c ằ “switch” t đượ ọ dùng làm các khóa hòa cùa BJT m ch c u H ầ i n trong hình 7 g i là E chung. M ch E chung c a BJT ho t M ch ạ ạ đ ệ ủ ở b ngằ i n tr ng r t t t trong ch độ ấ ố đ ệ i c a m ch c u H ng c thì m ch này t ầ ạ ạ ơ độ t ra là có ng ng v i khóa L2 ho c R2 trong hình 1). Câu h i (BJT t ỏ đặ ớ ươ đươ ạ i n t . N u chúng đ ệ ử ế ng v i ph n phía d ầ ớ ặ
làm ph n trên c a ể ư để ủ m ch c u H. Hãy ầ ạ ầ
th dùng thêm 1 BJT npn nh trên xét m ch i n trong hình 8. ạ đ ệ
Hình 8. M ch C chung. ạ
ệ
i n tr R đ ể đượ ờ ấ t duy nh t ướ i
ầ i m khác bi c d i xu ng phía d ố ả i n trong hình 8 g i là m ch C chung, ạ đ ệ ạ ọ i n này so v i hình 7 là đ ệ ớ ạ đ ệ ả ọ
ơ
ẫ đ ệ
ủ ế ặ i n áp r i trên đ ệ ơ ư ế đ ệ
đ ệ i u này ở
i n áp c c C là 12V, nh th ể ng t t ố đố ớ ạ
ố t i n áp CE quá l n có th gây đ ệ đ ệ ặ ơ
i n áp r i trên nó ch có 4.3V. M c khác ỉ ế ầ
ẽ ấ
ư
M ch ở C c a m ch ủ RE. Không c n kh o sát ph n c c C hãy kh o sát m ch ạ c c E nên g i là ầ ự ự i n áp r i trên BE luôn là 0.7V Vi -> B ->E -> RE -> GND. Khi Vi=5V, do đ ệ i n tr ở RE i n) nên ( i m c a ti p xúc pn khi d n c đ ệ đặ đ ể i n áp gi a 2 c c CE luôn là 4.3V m c dù ự ữ ự c hi u là gi a CE có m t “ i n tr ” khá là 12 - 4.3 = 7.7V. đượ ộ đ ệ ữ Đ ề i n t ” không ho t l n, “khóa i v i m ch C chung. ạ độ đ ệ ử ớ ng t N uế RE là m t motor DC lo i 12V thì rõ ràng motor không ho t ạ độ ạ ộ vì ớ ể ạ h ng BJT. Vì lí do này n u b n dùng BJT npn làm ph n trên c a m ch ạ ủ ỏ t. c u H, BJT này s r t mau h ng (r t nóng) và m ch không ho t ng t ố ạ độ ấ ạ ỏ ầ ả i n t Nh v y, m t chú ý khi thi i” ph i dùng BJT là “t t k khóa ư ậ ả đ ệ ử ế ế ộ t phía trên BJT t c là nên dùng m ch E chung nh trong hình c ạ ứ đượ đặ 7.
c p i m c ạ ạ ả
i pháp ầ i m ch c u H, gi ầ ạ v để ượ ủ
đ ệ ư
i n thì ng đ ệ ạ
t qua nh ạ ề kích khóa thì để ư ũ dùng BJT lo i pnp, i n t đ ệ ử ấ
Quay l trên ượ đ ể đề ậ ở là s d ng BJT lo i pnp cho ph n trên c a m ch c u H. Nguyên lý ho t ạ ử ụ ầ c l ượ ạ i. ng c a BJT pnp c ng na ná npn nh ng chi u dòng độ ủ i n áp c c B V i các khóa ự ớ c kéo xu ng th p thay vì kéo lên cao nh trong hình 7. Chúng ta hãy đượ ố kh o sát m t m t ví d trong hình 9. ả ụ ộ ộ
Hình 9. M ch E chung dùng BJT pnp. ạ
c l ng t E vào B, ng ũ ừ ướ
Vi không ượ ạ ớ i v i c k t n i thì ệ ủ i n áp Vi=12V=V ế đ ệ
ạ độ
ệ ng, không có dòng ấ
l n s gây bão hòa BJT và i n qua R ấ ệ i n áp V
đủ ớ ẽ ầ đ ệ ạ độ ằ
i u thú v đượ ế ố C vì dòng IB =0 nên dòng IC IC (t c c E) , n u ế ừ ự đ ệ EC g n b ng 0V hay i n ằ ầ t. Do ó, BJT pnp đ ấ ố ầ ng r t t ạ ộ đ ề ị
ũ
n lúc chúng ta di thi ạ ộ
ỉ ả ệ
C g n b ng 12V, khóa ho t c dùng làm ph n trên trong các m ch c u H. M t ầ ộ t k t m t m ch c u H hoàn ch nh dùng ế ế i thi u m t cách thi ộ ớ ạ ẽ
i n trong hình 9 c ng là m t m ch E chung. ạ ầ t k , ây không ph i là ế ế đ i thích và ví d M i tên trong ký hi u c a BJT pnp h E ho c ngõ BJT npn. N u ặ BJT không ho t đ ệ =0. Khi Vi=0V thì dòng IB xu t hi n và xu t hi n dòng dòng IB áp r i trên R ơ ng th ườ đượ là m ch ạ đ ệ Có l ã ẽ đ đế BJT. Trong hình 10 tôi gi cách duy nh t nh ng tôi s dùng m ch này trong vi c gi ấ ụ ư ệ ả
i tùy thích mi n sao m b o t ế ạ ể ể ả ấ t đả
ễ c kích. i u khi n (n u có). B n có th “ch ” l ạ đ ề c các BJT ph i r i vào tr ng thái bão hòa khi ả ế ả ơ ạ đượ
Hình 10. M ch c u H dùng BJT. ầ ạ
làm ạ
ấ
ĩ ự ế ị đượ ơ
ể
ấ
ạ m c th p, BJT Q0-1 ĩ ng ươ đươ
ũ ấ
ng ươ đươ ế ũ ộ
ủ đ ư ậ kích các BJT dùng trong ứ đ ệ để
ụ ể ă
đ ề
Tôi ch n 2 lo i BJT công su t trung bình TIP41C và TIP42C để ọ ấ c là 100V và dòng m ch c u. i n áp cao nh t mà 2 loai BJT này ch u ạ ầ Đ ệ có th th p h n). BJT npn TIP41C i a là 6A (ch là danh ngh a, th c t t ỉ ố đ ể ấ có th kích tr c ti p, riêng BJT pnp TIP42C c n dùng thêm 1 BJT lo i npn ự ế ầ 2N3904 làm “m ch kích”. Khi i n áp ngõ L1 ạ ở ứ đ ệ i dòng IC c a BJT này, ngh a là không có ng, không t n t không ho t ủ ồ ạ ạ độ ộ dòng IB c a BJT Q1, Q1 vì th không ho t ng m t ng và t ủ ạ độ ế ạ khóa Q1 m . Khi L1 c kéo lên m c cao, 5V, BJT Q0-1 bão hòa (m ch ứ đượ ở E chung), dòng IC c a Q0-1 xu t hi n và c ng là dòng IB c a BJT Q1. Q1 ệ ủ vì th c ng bão hòa và t ng m t khóa óng. Nh v y, chúng ta có th dùng các m c ể m ch c u H cho dù ầ ạ đườ BJT có th ng L1, L2, R1 và R2 s t c c kích i n áp ngu n có th lên vài ch c hay tr m Volt. Các i u khi n (AVR) đ ề ể r t cao nên ngoài ch c n ng ứ ă đả i n áp chu n 0V và 5V ẩ ồ đ ệ c vi ẽ đượ ở ố độ ấ i u khi n. Do ể ề o chi u, ể đượ
ạ ầ motor b ng cách áp ằ
ạ đườ ấ ủ
ớ ậ i u khi n t c ể ố độ đ ề ể ng kích (th o lu n sau). ậ ả i m l n nh t c a m ch c u H dùng BJT là công su t c a BJT ầ ấ ớ ớ
ặ
ậ
ế ng dùng làm m ch c u H, i thi u m t lo i linh ki n khác th ấ ủ đượ ử ụ c s d ng. a BJT vào tr ng thái ấ ỹ để đư ạ i n tr CE c a BJT khi bão ế ủ ở đ ệ i l n, BJT vì v y có th b nóng…Trong ph n ti p theo ng ươ đố ớ ạ ộ ệ ầ ầ ườ ệ ạ
m ch c u H dùng BJT có th dùng tín hi u PWM vào các ệ c Nh ượ đ ể ng nh , vì v y v i motor công su t l n thì BJT ít th ỏ ườ M ch i n kích cho BJT c n tính toán r t k ầ ạ đ ệ bão hòa, n u không s h ng BJT. M t khác, ẽ ỏ hòa c ng t ể ị ũ tôi gi ớ MOSFET.
IV. M ch c u H dùng MOSFET. ạ ầ
t t
ế ắ ủ ụ ệ ứ ườ
t c a c m Meta Oxide Semiconductor Field-Effect ẫ ng có dùng kim lo i và oxit bán d n. ạ ệ ủ ạ c u t o c a MOSFET kênh n và ký hi u c a 2 lo i ả ấ ạ ủ
MOSFET là vi Transistor t c Transisor hi u ng tr ứ Hình 11 mô t MOSFET kênh n và kênh p.
Hình 11. MOSFET.
ng c a MOSFET ể ủ ủ
, i n t ả ệ
ng ng ươ ứ ở các kích ho t MOSFET. C b n, ơ ả ừ ả ấ i n tr gi a 2 chân D và S r t đ đ ệ ng v i m t khóa óng. ng ươ đươ
i, v i MOSFET kênh P, khi i n áp d n DS), MOSFET t đ ệ đ ệ ớ
i n áp chân G nh h n ấ ớ ộ ỏ ơ đ ệ ỏ ẫ đ ệ ẫ ũ
i n áp chân G (khác v i BJT, tính d n ph đ ệ ộ
MOSFET có 3 chân g i là Gate (G), Drain (D) và Source (S) t ọ v i B, E và C c a BJT. B n có th nguyên lý ho t ạ độ ạ ớ ây ch mô t các tài li u v ạ ỉ ề đ ệ ử ở đ i n áp chân G l n h n chân S kho ng t i v i MOSFET kênh N, n u đố ớ ơ ớ ế đ ệ 3V thì MOSFET bão hòa hay d n. Khi ó ở ữ ẫ nh (g i là ỏ ọ ẫ c l Ng ượ ạ S kho ng 3V thì MOSFET d n, ả MOSFET ph thu c vào ụ thu c vào dòng IB), MOSFET c g i là linh ki n đ i n áp chân ẫ ủ i n áp d n c ng r t nh . Vì tính d n c a ụ ẫ i u khi n b ng ể ớ ệ đ ề ằ đ ệ i n đượ ọ ộ
i n áp c dùng làm m c logic ứ ưở đ ệ đượ ố ơ
ứ
ầ
ạ ợ
ể ấ ớ ạ độ
ứ ạ
ng m t BJT lo i npn và MOSFET kênh P t ng các nhà s n xu t MOSFET th ườ ạ ấ ả
ệ
ố ươ đồ
ộ ng là các m ch s CMOS (Complemetary ng ườ đượ ố ạ
ng nhau và th ng ươ đồ ư ạ ầ ố
ấ đị ạ ớ ỉ
ợ ướ
c dùng i và MOSFET kênh P dùng cho các khóa phía ụ ộ gi Để ả đượ đ ề
ng cho các m ch s n i mà áp, r t lý t ạ ấ (ví d 0V là m c 0, 5V là m c 1). ứ ụ MOSFET th ng c dùng thay các BJT trong các m ch c u H vì ườ đượ ạ dòng mà linh ki n bán d n này có th d n r t cao, thích h p cho các m ch ể ẫ ấ ẫ ệ công su t l n. Do cách th c ho t ng, có th hình dung MOSFET kênh N ng ng BJT t ng ươ đươ ươ đươ ộ ặ ng t o ra 1 c p lo i pnp. Thông th ườ ạ MOSFET g m 1 linh ki n kênh N và 1 linh ki n kênh P, 2 MOSFET này ệ ồ có thông s t ụ c dùng cùng nhau. M t ví d ng dùng 2 MOSFET t ỗ MOS). C ng gi ng nh BJT, khi dùng MOSFET cho m ch c u H, m i ũ c lo i MOSFET ch thích h p v i 1 v trí nh t nh, MOSFET kênh N đượ ị dùng cho các khóa phía d i thích, hãy ví d m t MOSFET kênh N trên. ể i u khi n motor DC nh trong hình 12. ư
Hình 12. Dùng MOSFET kênh N đi u khi n motor DC. ề ể
u MOSFET ko
đầ ằ ớ ở
kích d n MOSFET thì i n trong m ch, i n áp ạ đ ệ i n tr d n DS r t nh ỏ ở ẫ ấ i n áp ngu n là ồ ằ đ ệ i n áp kích đ ệ ẫ
ả ớ ấ ĩ
kích MOSFET, r t khó t o ra ể để đ ệ ấ ạ
ợ để
ấ c dùng trong tr ườ c ượ đ ể
c kích, ko có dòng Ban đ ệ đượ c kích và d n, chân S b ng 0. Khi MOSFET ẫ đ ệ đượ i n áp chân S g n b ng so v i tr kháng c a motor nên ầ đ ệ ủ 12V. Do yêu c u c a MOSFET, để ầ ủ chân G ph i l n h n chân S ít nh t 3V, ngh a là ít nh t 15V trong khi ấ ơ i n áp 15V. chúng ta dùng vi i u khi n đ ề làm các khóa phía trên trong Nh th MOSFET kênh N không phù h p ư ế ườ ng m ch c u H (ít nh t là theo cách gi ầ ạ đượ MOSFET kênh P là ả ng h p này. Tuy nhiên, m t nh ộ i n tr d n DS c a nó l n h n MOSFET lo i N. Vì i thích trên). MOSFET lo i P th ạ i m c a ủ ạ ợ ở ẫ đ ệ ủ ớ ơ
đượ ạ ầ
ơ ể ệ ạ ầ ạ ộ
ng. c thi th , dù t, MOSFET kênh P trong các m ch c u H dùng 2 t k t ế ế ế ố ấ lo i MOSFET th ng b nóng và d h ng h n MOSFET lo i N, công su t ạ ễ ỏ ị ườ m ch c ng b gi m ph n nào. Hình 13 th hi n m t m ch c u H dùng 2 ạ ị ả ũ lo i MOSFET t ạ ầ ng ươ đồ
Hình 13. M ch c u H dùng MOSFET. ầ ạ
ủ
ạ ầ
ng ể đế i n tr d n t đ ệ n 30A, danh ngh a) và ĩ i cao (b n tìm ạ
t thêm). Ph n kích cho các MOSFET kênh N bên d ị c ượ đ ể bi để ế ở ẫ ươ đố ầ
ỉ ầ ự ế đ ề ể
ả
c n i lên VS b ng đ ệ
ế ầ i n áp chân G vì th g n i n áp chân S c a IRF9540 nên MOSFET này không làm m ch kích. Khi ch a kích BJT 2N3904, chân G c a ủ ư ạ i n tr 1K, ở ằ đ ệ đượ ố ủ ũ đ ệ
đ ệ ẫ
ặ ầ ụ ạ
đ ẫ i n áp chân S, MOSFET d n.
ằ ề c dùng ng L1, L2, R1 và R2. ớ đ ệ kích các Tôi dùng 2 MOSFET kênh N IRF540 và 2 kênh P IRF9540 c a hãng International Rectifier làm các khóa cho m ch c u H. Các MOSFET lo i ạ ư i n áp cao nh ng này ch u dòng khá cao (có th đ ệ ủ c datasheet c a có nh i m là đọ i thì chúng ướ đườ ng i u khi n kích tr c ti p vào các không quá khó, ch c n dùng vi L2 hay R2. Riêng các khóa trên (IRF9540, kênh P) tôi ph i dùng thêm BJT 2N3904 để MOSFET b ng VS c ng là ằ d n. Khi kích các line L1 ho c R1, các BJT 2N3904 d n làm i n áp chân ẫ G c a IRF9540 s t xu ng g n b ng 0V (vì khóa 2N3904 óng m ch). Khi ủ ó, đ đ ệ Vi đ ề ố i n áp chân G nh h n nhi u so v i ỏ ơ i u khi n ể đượ ể có th đườ để
