Chương 10 NGUỒN NI 10.1 KHÁI NIỆM CHUNG Nguồn ni thiết bị điện tử không ngừng cải tiến theo hướng tăng độ ổn định,độ bền, hiệu suất, giảm kích thước -trọng lượng-giá thành- Nguồn ni có nhiệm vụ cung cấp lượng cho máy điện tử làm việc , thường phải cấp điện chiều với dòng ổn định Thiết bị nguồn chia thành hai lớp: lớp thiết bị nguồn nuôi sơ cấp lớp thiết bị nguồn nuôi thứ cấp.Lớp thiết bị nguồn sơ cấp thiết bị biến đổi dạng lượng khơng điện (hố năng, năng, nhiệt năng, quang v.v ) dạng lượng điện Việc nghiên cứu chúng khơng thuộc phạm vi giáo trình Lớp thiết bị nguồn thứ cấp có nhiệm vụ biến đổi lượng điện từ dạng sang dạng khác cho phù hợp với mạch tiêu thụ nguồn.Đó mạch chỉnh lưu, ổn áp, ổn dịng, mạch biến đổi dòng chiều thành dòng xoay chiều, biến đổi dòng chiều mức điện áp sang dòng chiều mức điện áp khác Ở cần lưu ý biến áp phân áp thiết bị nguồn thứ i(t) cấp có thay đổi “ tỷ lệ xích’’ điện áp dịng điện Các thiết bị nguồn thứ cấp thường a) lấy lượng từ điện lưới 220 t V/50 hz Trong máy bay, tàu thuỷ người ta thiết kế mạng điện xoay chiều có tần số 400 hz Yêu cầu kỹ thuật I0 thiết bị nguồn đa dạng Ví dụ, b) điện áp thiết bị nguồn t khác có dải biến đổi rộng: từ vài phần von tới hàng ngàn von; dòng điện: từ vài miliampe tới hàng Imax Imin c) trăm Ampe Cách kết cấu I0 t thiết bị ngun cng rt khỏc nhau: Hình 10.1Các dạng dòng ®iƯn ngn Mạch nguồn bố trí phần mạch liền khối tách rời thành khối riêng máy, hộp nguồn động riêng tủ nguồn cố định phòng máy Trước vào nghiên cứu mạch nguồn thứ cấp cụ thể xét qua dạng điện áp dòng điện thường gặp mạch nguồn đại lượng đặc trưng chúng Hình 10.1a dịng điện xoay chiều, ln biến thiên theo thời gian trị số dấu Nếu dịng điện biến thiên theo quy luật hình sin đặc trưng đại lượng: 257 -Giá trị trung bình chu kỳ I TB  T/2 2  I m sin T t dt  0,637 I m T (10.1) -Giá trị hiệu dụng: T I   (10.2) ( I sin t ) dt   0,707.Im  T T  Dịng chiều I0 hình 10.1b khơng biến đổi theo thời gian mà giữ nguyên giá trị Một dạng dịng điện (hoặc điện áp) thường gặp đầu mạch chỉnh lưu-ổn áp dạng đập mạch hình 10.1c.Nó đặc trưng hệ số đập mạch KĐ: I I (10.3) K  max 100 % I o Hệ số đập mạch nhỏ dịng đập mạch tiến tới dịng chiều I0=.Trong thực tế dòng đập mạch chứa thành phần hài, đáng kể hài bậc có biên độ lớn Do người ta đánh giá méo qua hệ số sóng hài bậc KH1(hài gọi tần số đập mạch): I K H  m (10.4) I Yêu cầu hệ số đập mạch xác định chức mạch mà cấp nguồn Ví dụ với mạch khuếch đại micro thiết bị âm chất lượng cao KĐ=0,010,0001%; với khuếch đại cơng suất KĐ=0.10,05% Sơ đồ khối mạch nguồn thơng thường có dạng hình 10.2 m I m D BIẾN ÁP CHỈNH LƯU LỌC SAN BẰNG ỔN ÁP TẢI Hình 10.2 Sơ đồ khối mạch nguồn Biến áp có nhiệm vụ phối hợp điện áp, tức tạo điện áp cần thiết để đưa vào chỉnh lưu; mặt khác cịn có tác dụng ngăn điện áp lưới với máy Các biến áp thường chế tạo công nghiệp theo địên áp công suất tiêu chuẩn Tuy nhiên tính tốn, lựa chọn tạo biến áp cho mạch nguồn thích hợp khơng khó khăn Tiếp theo biến áp mạch chỉnh lưu hay nắn điện để biến dòng xoay chiều thành dòng chiều Điện áp đầu mạch chỉnh lưu thường có dạng đập mạch, cần qua lọc san để giảm lượng đập mạch Tiếp sau mạch ổn áp chiều đưa tải Một mạch nguồn thường đánh giá tiêu kỹ thuật sau đây: 1.Điện áp chiều đầu mạch nguồn U0 ( điện áp tải) 258 2.Thành phần chiều I0 dòng 3.Hệ số đập mạch KĐ 4.Trở kháng Rra Trong chương ta xết mạch chỉnh lưu, lọc san bằng, ổn áp, ổn dòng 10.2 CÁC MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA 10.2.1.Chỉnh lưu nửa chu kỳ Hình 10.3a Là mạch chỉnh lưu pha đơn giản(dùng diot-chỉnh lưu 1/2 chu kỳ hay nửa sóng) Để phân tích ta coi biến áp lý tưởng( khơng tổn hao), diot lý tưởng (điện trở thuận không, điện trở ngược vô lớn) Nếu điện áp đưa vào có dạng hình sin hình 10.3b dễ dàng nhận thấy điện áp xung hình sin Thành phần I0 xác định theo biểu thức: Im π I0   0,318I m  0,45 I  I m sin ω td(ω t)  2π π (10.5) Điện áp U0 tải có trị số: U0=I0.Rt=0,318 Um= 0,45U2 (10.6) Trong điện Um U2 giá trị biên độ hiệu dụng điện áp cuộn thứ cấp biến áp Để chọn diot cần biết dòng I0 điện áp ngược đặt lên diot Trong sơ đồ thì: Im  U m U   3,14I Rt Rt (10.11) U ng  U m  3,14U Sơ đồ cho điện áp xung hình sin, khác xa với dạng điện áp chiều lý tưởng Biên độ thành phần sóng hình sin có tần số 1/2 tần số vào phân tích theo chuỗi Furiê có trị số lớn nên có hệ số đập mạch lớn (K=157% !), khơng thể sử dụng để cấp nguồn cho mạch điện tử Về mặt lý thuyết, ta xét xem tăng số pha cuộn thứ cấp biến áp dạng điện áp chỉnh lưu thay đổi Hình 10.4 mạch chỉnh lưu hình 10.4 mạch chỉnh lưu nhiều pha đơn giản giản đồ điện áp tương ứng 10.2.2.Chỉnh lưu chu kỳ Với đồ thị hình 10.4b ta thấy tăng số pha lượng đập mạch giảm, điện áp chỉnh lưu U0 tiến tới giá trị Um, hệ số đập mạch giảm, tần số đập mạch tăng Tuy nhiên giải theo cách biến áp có cấu trúc phức tạp Trong thực tế người ta dùng sơ đồ chỉnh lưu chu kỳ theo mạch cân mạch cầu Hình 10.5a mạch chỉnh lưu cân Đặc điểm sơ đồ cuộn thứ cấp biến áp phải có hai cuộn có thơng số giống để tạo điện áp 259 nguồn, tạo thành hai điện áp u =u2(t) có biên độ để đưa vào hai diot Ở nửa chu kỳ dương (a +,b -) D1 thơng, D2 ngắt; dịng điện có chiều a+ D1Rtc Ở nửa chu kỳ âm D2thơng, D1 ngắt, dịng điện có chiều : b+D2Rtc Như dịng điện qua tải dịng chiều có dạng xung hình sin Điện áp tải Rt lặp lại dạng dịng điện Giản đồ điện áp trình bày hình 10.5b Hình 10.5c mạch chỉnh lưu mắc kiểu cầu cầu dùng bốn diot (lưu ý người ta sản xuất cầu chuyên dụng cho mạch chỉnh lưu) Trong mạch     diot D1 D3 thơng D2 D4 ngắt ngược lại Giản đồ điện áp có dạng hình 10.5b Như điện áp ngược đặt lên hai diot ngắt mắc nối tiếp nên diot chịu nửa điện áp ngược Trong điện áp nguợc đặt lên diot mạch hình 10.3a, 10.4a lớn gấp đơi( 2U2m) Khi xét mạch vừa ta giả thiết diot biến áp lý tưởng Trong thực tế cần xét đến tổn hao chúng Tổn hao đánh giá điện trở tổn hao r0 mạch hình 9.6 Mặt khác thực tế tải thường khơng phải điện trở Rt mà dung kháng Khi ta mắc mạch vào nguồn điện áp xoay chiều khoảng thời gian anơt diot có điện dương catôt, diot thông Tụ điện Ct nạp điện qua điện trở r0 với số nạp nạp=r0.Ct có chiều hình10.6a Tại thời điểm mà giá trị tức thời điện áp thứ cấp u2 260 điện áp tụ Ct (điện áp ra) diot ngắt, tụ phóng điện qua điện trở tải Rt với số phóng phóng=Rt.Ct.Vì Rt>>r0 nên phóng>>nạp.và dịng phóng nhỏ nhiều so vớidịng nạp Điện áp tụ Ct ( tức điện áp ) có dạng hình 10.6b Có thể chứng minh trường hợp C Rt điện áp tiến tới U2m Như mắc thêm tụ điện Ct có tác dụng tăng trị số điện áp (với ngưỡng U2m) làm giảm hệ số đập mạch nên tụ Ct gọi tụ lọc nguồn Nhưng thực tế Rt khơng thể vơ cùng, nên để tăng giá trị U0 giảm hệ số đập mạch trị số tụ Ct phải chọn cỡ hàng chục, hàng trăm, trí hàng ngàn F (trong mạch chỉnh lưu điện áp thấp) Thông thường cho trước yêu cầu hệ số đập mạch, từ xác định giá trị tụ Ct 10.2.3.Chỉnh lưu bội áp Trong tất sơ đồ xét điện áp trường hợp vượt mức biên độ điện áp vào U2m Trong thực tế nhiều lúc đòi hỏi điện áp lớn gấp q lần điện áp sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ Lúc sử dụng sơ đồ chỉnh lưu bội (nhân) áp Xét sơ đồ nhân đơi hình 10.7 Thực chất sơ đồ hai sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ mắc nối tiếp, điện áp chúng cộng lại tải Ở bán chu kỳ dương diot D1 thông, tụ C1 nạp điện Nửa chu kỳ tụ C2 nạp qua diot D2 thông Chiều điện áp nạp có dạng hình vẽ Từ hình ta thấy điện áp tải tổng điện áp hai tụ điện(2E0) Tần số đập mạch hai lần tần số điện áp nguồn Hình 10.8a lại có cách mắc nhân đơi điện áp, khơng phải hai tụ mắc nối tiếp xét, mà thực sau Giả sử thời gian nửa chu kỳ thứ điện áp cuộn thứ cấp biến áp có cực tính cho diot D1 thông, tụ C1 nạp điện đến giá trị E0 với cực tính hình vẽ; nửa chu kỳ diot D2 thông, điện áp 261 tụ C2 điện áp cuộn thứ cấp cộng với điện áp nạp tụ C1 nên có trị số xấp xỉ 2E0 Tấn số đập mạch tần số nguồn xoay chiều Tương tự xây dựng sơ đồ nhân ba (hình 10.8b), nhân bốn, nhân năm 10.2.4.Lọc san Trường hợp đơn giản lọc san dùng tụ Ct thoả mãn hệ số đập mạch Kđ.Lúc cần chọn tụ để thoả mãn: Kđ=2/(2fđmCt) (10.12) Trị số tụ Ct thường tụ hoá từ vài chục F đến vài ngàn F fđm-tần số đập mạch Trong trường hợp mắc tụ lọc có trị số lớn (tụ lớn kích thước giá thành tăng) mà hệ số đập mạch chưa đạt yêu cầu phải mắc lọc san tải mạch chỉnh lưu Mạch lọc san đơn giản mạch lọc RC hình 10.9a Cần chọn số thời gian =RC thoả mãn yêu cầu hệ số đập mạch tần số đập mạch Hiệu san lớn ta chọn mức thoả mãn bất đẳng thức (10.12) cao R>>1/(2fđmC) (10.13) Trong fđm-tần số đập mạchcủa điện áp Vì thường người ta tăng R giá trị tụ C Nếu tăng giá trị C đến mức lớn mà chưa đủ độ san a) cần thay điện trở R cuộn C C Rt cảm L hình 10.9b Mạch lọc san tốt cuộn cảm có trọng lượng, kích thước đáng kể, giá thành R cao nên sử dụng thực tế 10.3.CHỈNH LƯU BA PHA Các mạch chỉnh lưu xét C C Rt mạch chỉnh lưu cơng suất nhỏ, với b) dịng cỡ vài trăm miliAmpe đến vài Ampe, sử dụng thiết bị điện Hình 10.9 Các mạch lọc san tử Ở trạm tổng trạm a)lọc RC b)lọc LC thông tin người ta sử dụng mạch chỉnh lưu ba pha công suất lớn đặt tủ cấp nguồn Các mạch chỉnh lưu ba pha khơng cho cơng suất lớn mà cịn cho hệ số đập mạch nhỏ, hiệu suất cao 10.3.1.Chỉnh lưu ba pha đơn giản với tải trở Hình 10.10a mạch chỉnh lưu ba pha với cuộn sơ cấp đấu hình tam giác, cuộn thứ cấp đấu có điểm trung tính điểm Các diot có catot đấu chung, anot đấu vào cuộn dây pha Diot đấu với cuộn có điện áp dương so với hai cuộn diot thơng, hai diot cịn lại ngắt Ví dụ khoảng thời gian từ t1 đến t2 diot D1 thơng, điện áp dương u2a đưa tới catot 262 D2 D3 nên hai diot ngắt,dòng điện dua D1,qua tải Rt âm nguồn u2a Trong khoảng thời gian t2t3 D2 thơng,D1và D3 ngắt Từ hình 10.10b) ta thấy chưa cần mắc tụ san mà điện áp đẫ có độ đập mạch nhỏ, tần số đập mạch ba lần tần số nguồn điện xoay chiều(chu kỳ đập mạch 1/3 chu kỳ nguồn xoay chiều) Nếu điến áp pha cuộn thứ cấp u2=U2m cost= U2 cos t trị số trung bình U0 điện áp tải là: π  U 0= (10.14)  u co s ω t d(ω t)  1,17 u 2π π  3 Trị số trung bình dịng chiều qua tải là: u U (10.15) I   , Rt Rt Dịng điện trung bình qua diot IDTB=I0/3 Dòng điệncực đại qua diot là: IDmax=ITải max=1,21 I0 (10.16) Điến áp ngược đặt lên diot trạng thái ngắt hiệu số điện áp pha có diot thơng điện áp pha có diot Điện áp ngược cực đại diot :    UD ng=   U  2, U (10.17) Nếu bỏ qua thành phần chiều dòng thứ cấp dịng điện pha cuộn sơ cấp xác định gần đúng: i1a=n( i2a-I0/3) (10.18) n-hệ số biến áp Cơng suất tính tốn cho biến áp xác định theo công thức:  PBA  U I13 U I  1,34 P (10.19) Trong P0 cơng suất tải P0=I0U0 10.3.2.Chỉnh lưu ba pha cầu có tải trở 263 Mạch điện (hình 9.11a) mạch chỉnh lưu cầu ba pha có cuộn sơ cấp đấu hình tam giác (hoặc đấu sao), cuộn thứ cấp đấu sao, gọi sơ đồ Larionop Sáu diot chia làm hai nhóm: ba diot thuộc nhóm chẵn có anot đấu chung, ba diot thuộc nhóm lẻ có catot đấu chung Trong thời điểm ln có hai diot thơng, diot cịn lại ngắt Diot thuộc nhóm chẵn thơng anot nối với pha có điện áp dương hai pha cịn lại; cịn diot thuộc nhóm lẻ thơng catot nối với pha âm hai pha cịn lại Vídụ khoảng thời gian từ t1đến t2 pha u2a dương cả, pha u2b âm nên diot D2 D3 thông, Diot khác ngắt Trong khoảng t2t3 pha u2a dương cả, pha u2C lại âm nên D2 D5 thơng, diot khác ngắt Có thể xác định đại lượng sau: Trị số trung bình điện áp chiều U tải :  U si n ( / ) u   , U (10.20)   Dịng điện trung bình qua tải: a)   u1a u2a D1 A D2 u1b D3 u2b Rt B u1c u2(t) u2a u2b u2c u2c D4 C D5 + D6 t Hình 10.11 a)Cầu chỉnh lưu ba pha Larionop b)Giản đồ thời gian điện áp ut t1 t2 t3 t4 t I0=U0/Rt=2,34U2/Rt Dịng điện trung bình qua diot: 264 (10.21) ID=I0/3=0,78U2/Rt (10.22) Dòng điện cực đại qua diot qua tải : ID max=It max=1,045I0 (10.23) Điện áp ngược cực đại diot (khi ngắt): UDng= U =1,045U0 (10.24) Công suất biến áp ba pha: PBA=3U1I1=3U2I2=1,045P0 =1,045U0I0 (10.25) Sơ đồ cầu Larionop làm việc tốt chỉnh lưu ba pha 1/2 chu kỳ (Hình 10.10a): - So sánh (10.20) (10.14) sơ đồ cho điện áp trung bình tải lớn gấp đơi - Tần số đập mạch sáu lần tần số điện áp đầu vào - Diot chịu điện áp ngược giảm nửa giá trị - Cơng suấtư bíên áp giảm nửa 10.4.ỔN ÁP MỘT CHIỀU Một mạch điện tử làm việc không tốt nguồn chiều cung cấp cho khơng giữ giá trị danh định Nguyên nhân thay đổi có nhiều, đáng quan tâm thay đổi điện lưới xoay chiều thay đổi tải Một cách để khắc phục thay đổi điện áp nguồn điện lưới sử dụng máy ổn áp xoay chiều sản xuất công nghiệp Tuy nhiên chưa đủ để máy điện tử làm việc bình thường Vì cần tạo mạch điện giữ cho điện áp chiều sau chỉnh lưu có giá trị ổn định phạm vi đó.Ta gọi mạch mạch ổn áp chiều hay thường gọi tắt ổn áp 10.4.1.Các tham số ổn áp chiều Một mạch ổn áp mơ + + mạng bốn cực hình 10.12 đặc trưng UV URA MẠCH tham số sau đây: Rt ỔN ÁP - Hệ số ổn áp, tỷ số _ _ lượng biến thiên điện áp tương đối đầu vào đầu : U v Hình 10.12 Mơ hình ổn áp Uv Mạng bốn cực K  (10.26) «d U r R t  const Ur - Hệ số ổn áp đường dây: 265 Kô.dây= U r 100% (khi UV biến thiên 10%) Ur (10.27) U r 100% (khi It=It max) Ur (10.28) - Hệ số ổn áp tải: Kô.dây= - Điện trở động đầu đặc trưng cho biến thiên điện áp dòng (dòng tải) thay đổi (lấy theo trị tuyệt đối): RRA=URA/It (khiUV=const.) (10.29) - Hiệu suất , tỷ số công suất tải công suất danh định đầu vào: = URA It UV IV (10.30) 10.4.2.Ổn áp chiều tham số Người ta chế tạo diot Zener-(diot ổn áp) làm việc với đoạn đặc tuyến ngược diot (xem hình 3.6b chương - đoạn đặc tính AB) hiệu ứng đánh thủng mặt ghép n-p Trong diot thông thường tượng đánh thủng làm hỏng diot; diot zener, chế tạo đặc biệt nên làm việc khống chế dịng khơng vượt q mức cho phép khơng bị hỏng chế độ đánh thủng điện Các tham số: - Trong sơ đồ làm việc diot IR1 trạng thái phân cực ngược + + (hình10.13a) với điện áp ổn định UZ - Điên trở động: R1 RZ=dUZ/dI (10.31) UV URA Điện trở động nhỏ tính ổn định cao _ _ - Điện trở chiều (tĩnh) U RZ0=UZ/IZ điểm đặc tuyến UZ (10.32) Nguyên lý ổn áp sử dụng ổn áp tham số sau: I Khi điện áp đầu vào thay đổi Hình 10.13.ổn áp tham số lượng UV diot ổn áp thay đổi dịng điện lớn gần giữ nguyên điện áp sụt nó, dịng qua điện trở R1 gây nên biến thiên lớn sụt áp R1, tức UR1=IR1UV, điện áp tải không đổi Trường hợp điện áp vào không đổi mà trị số tải giảm nhiều (dòng qua tải thay tăng lớn), có phân phối lại lại dòng điện: dòng qua diot giảm làm cho dòng qua điện trở 266 không đổi nên điện áp ổn định Trong thực tế người ta chế tạo diot ổn áp có hai tham số quan trọng dòng diện danh định điện áp ổn định (cho sổ tay dụng cụ bán dẫn), ví dụ chúng có điện áp ổn định 1,1V; 1,5V; 2,5V; 3V; 4,5V; 6V; 8,5V; 9V… 10.4.3.ổn áp chiều bù tuyến tính Mạch ổn áp tham số đơn giản tiết kiệm có nhược điểm có độ ổn định không cao, trị số điện áp không thay đổi ý, đặc biệt dòng tải lớn Để khắc phục nhược điểm người ta xây dựng mạch ổn áp bù tuyến tính Ở Tranzisto cơng suất hiệu chỉnh điện áp để bù lượng thay đổi điện áp cần ổn định Ổn áp bù tuyến tính xây dựng theo sơ đồ song song nối tiếp sơ đồ khối hình 10.15.Đó mạch tự hiệu chỉnh có hồi tiếp Có hai cách xây dựng sơ đồ khối: hình10.14a-sơ đồ song song, hình 10.14b- sơ đồ nối tiếp Trong sơ đồ 1-phần tử hiệu chỉnh, 2-phần tử so sánh khuếch đại, 3-phần tử lấy mẫu, 4-nguồn chuẩn Trong sơ đồ song song phần tử hiệu chỉnh mắc song song với tải Sơ đồ hoạt động sau: Phần tử lấy mẫu đem so sánh điện áp đầu với nguồn chuẩn phần tử so sánh-khuếch đại 2, sai lệch điện áp khuếch đại đưa đến phần tử hiệu chỉnh Phần tử tự hiệu chỉnh dịng tương tự diot tham số để điều chỉnh sụt áp điện trở R1, giữ cho điện áp không đổi Trong sơ đồ nối tiếp hình R1 10.15b phần tử hiệu chỉnh a) mắc nối tiếp với tải Phần tử tự điều chỉnh sụt áp theo URA tín hiệu từ đầu phần tử so UV sánh-khuếch giữ cho điện Rt áp ổn định Trong hai cách xây dựng ổn áp sơ đồ ổn áp song song có b) dịng tải qua điện trở R1, dẫn đến tổn hao nhiệt lớn, sơ đồ có hiệu suất thấp Tuy nhiên sơ đồ lại có ưu điểm không gặp nguy hiểm tải UV Rt URA Sơ đồ nối tiếp cho hiệu suất cao dịng tải tăng q mức (ví dụ chập tải) phần tử hiệu chỉnh dễ bị đánh thủng Hình10.15Sơ đồ khối ổn áp bù Trong thực tế thường dùng sơ đồ tuyến tính nối tiếp có mạch bảo vệ tải Các mạch ổn áp bù có hiệu suất khơng vượt q 60% 267 Hình 10.16 mạch ổn áp bù mắc nối tiếp có cực tính âm Khi điện áp thay đổi, điện trở R1, R2 triết áp P lập thành phân áp, lấy mẫu điện áp Điện áp này(UB2) đem so sánh với điện áp chuẩn UZ tạo diot ổn áp DZ điện trở R3 Hiệu số chúng điện áp bazơ-emitơ Q2 ( phần tử so sánh-khuếch đại): UBE2=UB2-UZ Điện áp điều khiển mạch khuếch đại so sánh Q2 để lấy điện áp colectơ điều khiển Q1 Tranzistor Q1 điều chỉnh mức mở để thay đổi điện áp điều chỉnh UĐC để bù lượng biến thiên điện áp U2=U1-UĐC Cụ thể sơ đồ ổn áp làm việc sau.Giả sử điện áp vào tăng, làm điện áp tăng tức thời nên điện áp UBE2 tăng ( trị tuyệt đối), tức điện bazơ Q2 âm Điện áp điều khiển bazơ Q2 UBE2 âm nên Q2 thơng nhiều hơn, dịng colectơ Q2 tăng, điện áp UCE2 giảm Vì sụt U ĐC áp R4 tăng lên, làm cho _ _ điện bazơ Q1 dương R4 Q1 R3 R1 lên, Q1 đóng bớt lại; tức C3 C2 điện áp UĐC=UCE1 tăng lên, UV C1 Q2 P URA điện áp đầu U2 giảm giá Rt trị ban đầu Tương tự DZ R2 vậy, dòng tải tăng làm cho điện áp giảm + + trình diễn Trường hợp điện áp vào giảm Hình 10.16.Ơn áp nối tiếp đơn giản q trình diễn hồn tồn ngược lại Có thể xác định hệ số ổn định mạch hình 9.16 theo cơng thức sau: R4 (10.33) rb [1  [R  (1  α) P](R  αP) ] Rv α  R re rb (R  P  R 2) rd [r  (1  α) P](r  αp) Trong =   ] -gọi hệ số điều chỉnh, thường rv rb β 1(R  p  r 2) KÔđ= =1,52;RV,rb,re ,rd- tương ứng điện trở đầu vào, điện trở khối bazơ, điện trở emitơ Q1, rd điện trở động DZ; 1 hệ số khuếch đại dịng điện Q1 Hệ số ổn định đạt tới vài trăm Trong mạch vừa xét tụ điện C1,C2 tăng độ lọc san khử dao động ký sinh, C3 tăng độ ổn định cho đại lượng biến đổi chậm theo thời gian 268 Trên sở mạch ổn áp hình 10.16 xây dựng mạch phức tạp để - - + Up - Rc T1 C R3 R1 T1 T2 P Dz R2 + + a) b) Hình 10.17 a) ổn áp dùng khuếch đại thuật tốn b) ổn áp có nguồn phụ ổn định tăng độ mạch biện pháp sau đây: - Tăng độ nhạy mạch hồi tiếp cách dùng hai hay ba tầng khuếch đại thay cho tranzisto T2, thay tranzisto mắc Darlington để tăng hệ số  tới 10 3104 - Thay cho T2 khuếch đại bình thường dùng khuếch đại vi sai hình 10.17a Tầng khuếch đại vi sai T1 - T2 có độ trôi nhỏ nên độ ổn định mạch tăng Điện áp đầu mạch khuếch đại vi sai lấy không đối xứng đưa tới phần tử hiệu chỉnh - Có thể tăng độ ổn định cách dùng nguồn phụ ổn định để cấp cho mạch khuếch đại - so sánh hình 10.17b - Dùng khuếch đại thuật tốn khâu khuếch đại Vì khuếch đại thuật tốn có hệ số khuếch đại lớn độ ổn định cao nên chất lượng ổn áp tăng Mạch điện hình 10.18a sử dụng khuếch đại thuật toán A741 khâu khuếch đại 269 -Trường hợp cần nguồn đối xứng xây dựng mạch hình 10.18b UV R1 -Ur C2 C3 D1 +3 _2 + C1 R1 C1 C5 D2 C1' R2 C4 R3 + R1' -UV R3 R3' T1 +UV R1 A1 T2 + R2 _ + A2 T2' DZ R5 +U r R7 R6 C2' R2' + - R4 C2 + _ R8 -Ur T1' Hình 10.18 a)ổn áp dùng IC tuyến tính b)ổn áp tạo nguồn đối xứng 10.4.4.Các IC ổn áp tuyến tính Người ta chế tạo vi mạch ổn áp tuyến tính với giá thành hạ sử dụng tiện lợi Xét số vi mạch thông dụng Vi mạch MAA723(A723) cho công suất tải 400mW với dòng tải 150 mA Sơ đồ nguyên lý trình bày hình 10.19 Vi mạch có cách mắc trình bày hình 10.20 Với số linh kiện mắc tạo mức điện áp khác ỏ hình a,b,c,d,e,f,h,g : a) cho Ur’=27V b) Ur’=737V c) Ur’=-(615)V d) Ur’=-(9,537)V e) Ur’3 V 10 R3 +Ur' c) Rs R1 3,3K R2 2,2K UZ 10 +Ur' -Ur -Ur' 100 100 R2 3,3K -Ur +Ur 2,2K d) 3,3K R2 UZ 10 +Ur 100 e) f) -Ur' R1 100 R1 100 R1 3,3K 10 470 R2 Rs R3 10 R3 -Ur' Rs -Ur' R1 470 R2 -Ur Rv 12V:36V g) 3,3K UZ 10 R1 -Ur Rv h) k) 10K UZ 10 R1 3,3K 12V:36V Rs R2 470 3,3K R2 4 10 UZ 10 -Ur' 3,3K 470 -Ur' Hình 10.20Các cách mắc IC ỉn ¸p MAA723(A723) Các điện trở R1, R2, R3 chọn theo dẫn hãng sản xuất, Rs điện trở hạn dịng Dạng F F vỏ IC trình bày hình 9.20k Vi mạch ba chân 78XX 79XX Đây loại vi mạch thông dụng thị trừơng với giá thành thấp, sử dụng tiện lợi 271 Họ 78XX cho điện áp cực tính dương, 79XX-cực tính âm - Hai số cuối trị số điện áp ổn định đầu ra: 7805,7806,7808,7812,7815,7818,7824 có điện áp tương ứng 5v ,6v ,8v , 12v , 15v , 18v 24v 7905,7906,7908,7912,7915,7918,7924 có điện áp tương ứng -5v, 6v, -8v , -12v , -15v , -18v -24v Dạng cách mắc mạch trình bày hình 10.21 Các IC cho dòng  tải cực đại khoảng A Muốn tăng dịng ta mắc thêm tranzisto cơng suất hình 10.22a, lúc cho dịng tới 5A Muốn thay đổi điện áp ta mắc thêm diot zener hình 10.22b, lúc 78xx Ur=xx+UDZ +Uxx + Trong thực tế cần tạo nguồn đối _ xứng (2 cực tính) để cấp cho khuếch đại thuật toán Sơ đồ nguồn + trình bày hình 10.23 bao gồm _ -Uxx 79xx mạch chỉnh lưu ổn áp Vi mạch LM317 Đây loại vi mạch thông dụng ba chân với điện áp Hình 10.23.Mạch nguồn hai cực tính cú th iu chỉnh khoảng 1,25 v25v Sơ đồ mắc mạch có dạng hình 10.24 Điện áp chuẩn 1,25 v Điện áp tính theo cơng thức (10.34) R U  ,(  ) V (10.34) R  10.4.5.Nguyên lý ổn áp xung Trong thiết bị điện tử chất lượng cao người ta sử dụng ổn áp xung Ví dụ máy thu hình màu hay máy tính cá nhân ta sử dụng ngày làm việc ổn định, ta khơng cảm thấy có sợ bất ổn nguồn vận hành chúng Sở dĩ ổn áp xung có ưu điểm bật so với ổn áp bù tuyến tính Đó : - Trong ổn áp xung phần tử hiệu chỉnh làm việc liên tục mà thông khoảng thời gian tồn xung nên tổn hao nhiệt giảm, hiệu suất độ bền mạch tăng -Phạm vi hiệu chỉnh rộng -Mạch nguồn gọn nhẹ làm việc tần số cao   272 Xét nguyên lý ổn định khố điều khiển đóng ngắt nguồn liên tục hình 10.25a để tạo nên điện áp xung hình 10.25b Giá trị trung bình xung xác định diện tích xung h.tx độ dài chu kỳ xung: Utb= h.t x T  U.t x (10.35) T Trong ổn áp xung người ta giữ cho giá trị trung bình Utb xung khơng đổi Từ biểu thức (10.35) ta thấy muốn giữ cho giá trị trung bình xung khơng đổi cần cho tỷ số tx biến thiên theo T chiều ngược lại với chiều biến thiên U Như thay đổi chu kỳ độ rộng hay độ rỗng (khoảng cách xung) xung để đạt mục đích Trong thực tế người ta sử dụng khoá điện tử tranzisto cơng suất thay cho khố khí K Ta xét nguyên lý xây dựng mạch ổn áp xung theo sơ đồ khối hình 10.26.a Khi thơng, khố K dẫn lượng từ nguồn chiều đến phần tử tích luỹ lượng (là cuộn cảm tụ điện ) Khi khố tranzisto ngắt phần tử tích luỹ cung cấp lượng cho mạch tải Tần số đóng mở khoá thường chọn khoảng 1650 Khz để chánh nhiễu âm Trong dải tần số tải cuộn cảm có lõi pherit thích hợp Trong hình 10.26a khố K mắc nối tiếp với tải Mạch so sánh thực khuếch đại thuật tốn mạch so sánh có trễ Khi điện áp giảm đến mức U2 ( đồ thị hình 10.26b) khố K thơng, nguồn chiều cấp lượng cho mạch, cuộn cảm nạp điện, điện áp cuộn cảm tăng, điện áp tăng theo Khi điện áp đạt giá trị Ur’=U1 khố U r’ L R1 Ur R3 t Ur' Rt Y a) U1 U2 C R2 K Đặc tính thực t Uch b) Hình 9.25 a)Một phương án xây dựng ổn áp xung b)Đồ thị thời gian điện áp Ur’và điện áp so sánh 273 ngắt, cuộn cảm phóng điện chiều với tải Q trình lặp lại có chu kỳ Độ gợn sóng hiệu hai điện áp U=U1-U2 ( khoảng vài chục mV) Các mạch ổn áp xung thực tế thường xây dựng theo sơ đồ khối hình 10.26c - Mạch chỉnh lưu chỉnh lưu điện áp xoay chiều điện lưới 220V-50Hz thành điện áp chiều để cấp cho mạch nghịch lưu ổn áp - Mạch nghịch lưu biến đổi dòng chiều thành xung “ngắtmở” với tần số trên, nên coi dịng xoay chiều hình sin Năng lượng dòng xoay chiều qua biến áp xung chuyển sang mạch thứ cấp - Mạch chỉnh lưu thứ hai nắn dòng xoay chiều tần số cao, cho tần số đập mạch lớn, lấy điện áp chiều cấp cho mạch máy để trì chế độ làm việc ổn định toàn máy - Mạch ổn áp: điện áp chiều so sánh điện áp với mức điện áp chuẩn; Sai số thơng qua mạch dị sai dùng để điều khiển ngắt mở khoá điện tử nhanh hay chậm (tốc độ ngắt mở-tức điều chế tần số xung) lâu hay chóng (tức điều chế độ rộng xung) tuỳ theo mức điện áp Ví dụ với phương pháp điều chế độ rộng xung thì: mức cao thời gian thơng khố ngắn ngược lại; tức giữ cho giá trị trung bình theo (10.35) khơng đổi Ví dụ ta xét mạch nguồn ổn áp xung máy thu hình màu trình bày hình 10.27 Mạch ổn áp trì chế độ việc ổn định tồn máy NghÞch l­u-ỉn ¸p ChØnh l­u møc mét C4 D4 80-260 ~ V ChØnh l­u møc hai D6 (5) +115V D5 (6) (3) R3 C3 R2 C2 (4) D1 (1) D3 K (2) C1 R1 D7 C6 D2 274 C5 +15V C7 D8 -30V Dò sai Hình10.27.Nguồn ổn ¸p xung VR ChØnh møc ®iƯn ¸p điện áp lưới biến thiên dải rộng: 80V260V Mạch nghịch lưu: Điện áp chiều cầu nắn diot D1-D4 chỉnh lưu thành chiều, lọc tụ C1 dẫn đến cuộn (1)-(2) đến chân khoá T chờ Nếu khoá K thơng có dịng qua điện trở R1 Chính dịng điện qua nạp cho tụ C2 Xung tần số quét dòng (dũng:+R2Baz khoỏ K (3)Emit(4)R1 -) mở thơng khố K lần đầu tiên, làm cho dịng coletơ qua cuộn (1dương +) - (2âm Xung nghÞch l­u mức điện t ápcaoU=260V ) cm ng sang (3dng+) - (4âm -) Âm (4) qua C3-R3 quay bazơ đóng tranzisto lại Khố tắt dịng Xung nghÞch lưu mức điện áp t qua (1)-(2) gim t ngột 0, tạo võaU=180V nên điện áp cảm ứng sang (3)-(4) ngược dấu trước Xung dương t (4) lại thơng khố K q trình Xung nghÞch lưu mức điện áp nghch lu tip tc Nng lượng thÊpU=80V xoay chiều qua biến áp xung qua cuộn thứ cấp diot chỉnh lưu H×nh10.28 t thành điện áp chiều tương ứng cấp cho mạch máy Mạch ổn áp: Khi nguồn vào mức cao hạ áp cuộn (1)-(2) cao nên ghép sang cuộn (5)-(6) cao Diot D5 chỉnh lưu, đưa lượng chiều lớn chân IC dò sai Mức so sánh với ngưỡng lấy từ triết áp VR Kết so sánh đem điều khiển tranzisto khố K thơng thời gian ngắn Vì lượng chuyển sang thứ cấp ổn định Khi nguồn thấp qúa trình diễn ngược lại Trong mach ,khi nguồn ổn định người ta đưa xung quét dòng cưỡng chế mạch nghịch lưu thông - tắt theo nhịp tần số quét dòng Như dạng dao động xung biến áp xung có dạng hình 10.28 a) 10.5.ỔN ÁP XOAY CHIỀU Các thiết bị ổn định điện áp xoay chiều, L1 Rt L2 gọi tắt ổn áp xoay chiều thiết kế có cơng suất từ vài trăm woat đến hàng chục Kwoat U1 bán rộng rãi thị trường Nó sử b) dụng để cấp điện áp xoay chiều ổn định (thường L1 220V) cho thiết bị dân dụng hay công UV L2 U2 Rt nghiệp 10.5.1.Nguyên lý ổn áp xoay chiều đơn giản Hình 10.29 ổn áp xoay chiều a) n ỏp theo ngun lý bão hồ từ cã cn d©y víi lâi b·o hoµ tõ Ổn áp theo ngun lý bão hồ từ xây dựng theo sơ đồ hình 1029a Ở hai cuộn dây lõi từ L1 L2 mắc nối tiếp 275 Cuộn L1 cuộn khơng bão hồ từ, cuộn L2 cuộn bão hoà từ Xét nguyên lý hoạt động hình 10.29b Tải Rt mắc song song với cuộn L2, tức điện áp lấy tải lấy cuộn bão hoà từ Đặc tuyến Von-Ampe hai cuộn trình bày hình 10.30 Cuộn L1 khơng bão hoà từ nên đặc tuyến U1(I) gần đường thẳng (đường 1), cuộn L2 cuộn bão hoà từ nên đặc tuyến U2(I) đường cong (đường2) với đoạn ab có dịng tăng điện áp khơng tăng-đoạn bão hồ từ Vì mắc nối tiếp nên UV=U1+Ura Khi điện áp vào biến động với khỏang UV dịng U UV UV điện biến thiên I, điện áp hai cuộn biến thiên tương ứng U1 U2=Ura Vì cuộn a U2 Ura b L2 bão hoà nên UL2