MỤC LỤC Phần I 1 Đồ án mạch tương tự THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP DÙNG IC ỔN ÁP ĐẦU VÀO 15VAC ĐẦU RA 6 VDC VÀ 12VDC – 1A MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển ngày càng mạnh về lĩnh vực khoa học kỹ thuật các thiết bị điện tử đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kinh tế, xã hội cũng như trong đời sống. Trong tất cả các thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp là một trong nghững vấn đề quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc ổn định của hệ thống. Hầu hết các thiết bị điện tử đều sử dụng các nguồn điện một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao. Hiện nay, kỹ thuật chế tạo các nguồn điện ổn áp cũng đang là một khía cạnh được nghiên cứu phát triển với mục đích tạo ra các khối có công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ. Từ những ứng dụng thực tế của nguồn điện ổn áp một chiều và dựa vào nhứng kiến thức đã học được em đã thực hiên đề tài: “Thiết kế mach ổn áp điện áp vao 15VAC , điện áp ra 6 – 12 VDC, dòng điện 1A sử dụng các IC ổn áp”. Qua đó, em có thể tìm hiểu kĩ hơn về nguyên lý hoạt động của các mạch nguồn đồng thời có thêm kiến thức trong thiết kế các mạch tương tự. Sinh viên Nguyễn Văn Hữu 2 I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NGUỒN MỘT CHIỀU Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch và các thiết bị điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua quá trình biến đổi được thực hiện trong nguồn một chiều. Yêu cầu đối với nguồn một chiều là điện áp ra ít phụ thuộc vào điện áp mạng, của tải và nhiệt độ. Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn đình (ổn áp, ổn dòng). Các mạch cung cấp nguồn cổ điển thường dùng biến áp nên kích thước và trọng lượng khá lớn. Ngày nay, người ta có xu hướng dùng các mạch cung cấp nguồn không có biến áp. 2. Biến áp Biến áp nguồn có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện thành điện áp xoay chiều có trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lưu và ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạng điện xoay chiều thành một chiều. Trong ®ã: 3 n1 : là số vòng dây của cuộn sơ cấp. n2 : là số vòng dây của cuộn thứ cấp. U1 : Điện áp xoay chiều đặt ở đầu vào cuộn sơ cấp. U2 : Điện áp xoay chiều ở đầu ra của cuộn thứ cấp. Nguyên tắc làm việc của biến áp nh sau: Khi đầu vào sơ cấp của biến áp ta đặt một đIện áp xoay chiều U1 = U lới là tín hiệu hình sin (f = 50Hz), trong lõi thép xuất hiện một từ trờng biến thiên theo quy luật hình sin giống nh đầu vào (f = 50Hz). Từ thông biến thiên này cảm ứng sang bên cuộn dây thứ cấp một điện áp xoay chiều cũng ở dạng hình sin với f = 50Hz. Mặt khác, quan hệ về biên độ của điện áp đầu ra và đầu vào của biến áp là tỷ lệ thuận với tỷ số vòng dây n1 và n2: 2 1 2 1 n n U U = Do đó, biến áp có khả năng hạ áp khi n1 > n2. 3. Chnh lu Cỏc phn t tớch cc dựng chnh lu l cỏc phn t cú dc tuyn Volt Ampe khụng i xng sao cho dong in i qua nú ch i theo mt chiu. Ngi ta thng dựng chnh lu Silic, cụng sut nh hoc trung bỡnh cú th chnh lu dựng Selen. cú cụng sut ra ln (>100W) v cú th iu chnh in ỏp tựy ý, ngi ta dựng Thyristor chnh lu. Trong chỉnh lu bằng diode, các mạch chỉnh lu thờng đợc dùng là: Mạch chỉnh lu nửa chu kỳ. Mạch chỉnh lu hai nửa chu kỳ: +Mạch chỉnh lu cân bằng. +Mạch chỉnh lu cầu. Mạch chỉnh lu bội áp. Ta chỉ quan tâm tới mạch chỉnh lu cầu. Phơng pháp chỉnh lu cầu có rất nhiều u điểm hơn so với các phơng pháp khác đó là tính ổn định của điện áp ra sau chỉnh lu,điện áp ngợc tối đa mà mỗi điốt phải chịu đựng chỉ bằng 1/2 so với chỉnh lu nửa chu kỳ và độ gợn sóng của phơng pháp chỉnh lu này cũng giảm đi 2 lần so với chỉnh lu nửa chu kỳ. 4 Nguyên lý của mạch chỉnh lu cầu: Trong từng nửa chu kỳ của điện áp thứ cấp U 2 ,một cặp van có Anôt dơng nhất và Katôt âm nhất mở cho dòng một chiều qua và cặp van còn lại khoá và chịu một điện áp ngợc cực đại bằng biên độ U 2m . Khi 10 ttt << : D1 và D3 thông, D2 và D4 tắt, Ura = Uvao. Khi 21 ttt << : D2 và D4 thông, D1 và D3 tắt, Ura = Uvao. Nh vậy, trong cả hai nửa chu kỳ, ta luôn có Ura > 0,tuy nhiên Ura = Uvao chỉ là lấy lý tởng, thực tế Ura = 2 Uvao 1,4V. Điện áp ra giảm 1,4V so với điện áp vào do sụt áp tổng cộng trên hai điốt thông trong mỗi nửa chu kỳ. Đối với hai Điốt tắt trong mỗi nửa chu kỳ, do điện áp đỉnh tối đa phân bố ngợc đều trên hai điôt do đó điện áp ngợc chỉ còn một nửa. Giản đồ thời gian thể hiện quá trình trên: Việc chọn giá trị tối đa về dòng và điện áp ngợc mà diôt phải chịu đựng phụ thuộc vào dòng và áp mà mạch ổn áp phải chịu đựng, cung cấp cho tải. 5 3. MẠCH LỌC Trong các mạch chỉnh lưu nói trên điện áp hay dong ra tải tuy có cực tính không đổi, nhưng giá trị của chúng thay đổi theo thời gian một chu kỳ gọi là sự đập mạch của điện áp hay dòng điện sau chỉnh lưu. Hệ số đập mach tính theo công thức: K p = U U t ˆ Trong đó: K p – hệ số đập mạch t U ˆ - là biên độ sóng hài lớn nhất của U t hay I t U - là giá trị trung bình của U t hay I t K p càng nhỏ thì chất lượng của mạch càng cao. Người ta đã tính toán rằng khi chỉnh lưu nửa chu kỳ thì K p = 1,58 còn khi chỉnh lưu hai nửa chu kỳ thì K p = 0,667. Trong thực tế thường gặp các khâu lọc: 3.1 Khâu lọc RC Khâu lọc RC là khâu lọc thông thấp. Nhờ có tụ điện mắc song song với tải mà điện áp ra ít nhấp nhô hơn. Do sự phóng nạp của tụ điện qua các nửa chu kì và do các sóng hài bậc cao được rẽ qua mạch C xuống điểm chung, dòng ra tái chỉ còn dòng một chiều lãn một ít sóng hài bậc thấp. Hệ số đập mạch của bộ lọc: 6 Nghĩa là tác dụng lọc càng rõ rệt khi C và R t càng lớn . Với những bộ lọc trong công nghiệp thờng dùng tụ hoá có gía trị từ vài à đến hàng ngàn à . Gin thi gian: Trong s ny do t ni song song vi ti nờn in ỏp ra ớt nhp nhụ hn. Do s np v phúng ca t m cỏc súng hi bc cao s b mt i. Dũng in hay in ỏp ra ch cũn thnh phn mt chiu v mt lng nh súng hi bc thp. Cụng thc tớnh ln ca t thụng qua gn súng cho phộp: gst chl loc KR T C 3 Trong ú: C lc : Giỏ tr ca lc T chl : chu kỡ ca gn súng. R t : Giỏ tr tr ti tng ng. K gs : nhp nhỏy (%) Tỏc dng ca t tng khi C v R t tng. 3.2 Khõu lc LC Khõu lc LC nh sau: 7 Khõu lc LC gm cun dõy L mc ni tip vi ti R t nờn khi dũng in i t ra ti bin thiờn p mch, trong cun L s xut hin sc in ng t cm. Do ú lm gim cỏc súng hi bc cao. V mt in khỏng cỏc súng hi bc n cú tn s cao s b chn cng nhiu. Nờn thnh phn ra ti ch cú dũng mt chiu v mt lng nh súng hi bc thp. Hệ số đập mạch của bộ lọc dùng cuộn cảm là: K p = L R t 3 Nghĩa là tác dụng của mạch lọc càng tăng khi R t càng nhỏ. Vì vậy mạch lọc này thích hợp với mạch chỉnh lu công suất vừa và lớn. Giá trị cuộn càng lớn thì tác dụng chặn càng tăng, tuy nhiên giá trị L cũng không đợc quá lớn dẫn đến hiệu suất bộ chỉnh lu giảm. . 3.3 Khõu lc hỡnh L v hỡnh Các bộ lọc này sử dụng tổng hợp tác dụng của cuộn L và tụ điện C để lọc, do đó các sóng hài cũng bị giảm nhỏ và dòng ra tảI cũng ít nhấp nhô. Để tăng tác dụng lọc có thể mắc nối tiếp 2 hay 3 mắt lọc hình với nhau . Khi đó dòng điện và điện và điện áp ra tảI gần nh bằng phẳng hoàn toàn. Khõu lc hỡnh L 8 Khâu lọc hình ∏ Trong một số trường hợp để tiết kiệm và giảm kích thước, trọng lượng của bộ lọc ta có thể thay cuộn cảm L bằng R trong khâu lọc hình L ngược hay hình ∏ . Lúc đó R gây sụt áp cả thành phần một chiều trên nó dẫn tới hiệu suất cà chất lượng bộ lọc thấp hơn dùng cuộn L. Thường người ta chọn giá trị R sụt áp một chiều trên nó bằng (10 ÷ 20)% U 0 khoảng vài Ω đến vài k Ω . 3.4 Khâu lọc cộng hưởng Bộ lọc cộng hưởng dùng mạch cộng hưởng song song L k C k mắc nối tiếp với tải R t nhờ vậy sẽ chặn sóng hài có tần số bằng tần số cộng hưởng của nó. Ngoài tụ C 2 còn có tác dụng lọc thêm. Các bộ lọc công hưởng Bộ lọc cộng hưởng dùng mạch conongj hưởng nói tiếp L k C k mắc song song với tải R 1 . Ở tần số cộng hưởng nối tiếp của mạch L k C k trở kháng của nó rất nhỏ nên nó ngắn mạch các sóng hài có tần số gần bằng tân số cộng hưởng. Ngoài ra cuộn cảm L có tác dụng lọc thêm. 4. ỔN ÁP Các mạch ổn áp có nhiệm vụ giữ cho điện áp ra hoặc dòng điện ra của một thiết bị cung cấp không đổi khi điện áp vào thay đổi cũng như khi tải hoặc nhiệt độ thay đổi. Thông thường các mạch ổn áp có tác dụng giảm U và 9 giảm tạp âm do đó dùng mạch ổn định có thể giảm nhỏ kích thước của thiết bị cung cấp nhờ tiết kiệm được các tụ điện và điện cảm lọc. 4.1 Mạch ổn áp dùng diode Zener Hiệu quả của diode Zener được thể hiện tại đoạn đặc tuyến ứng với u < -U z , lúc này với lượng biến đổi dòng điện ∆ I khá lớn thì ∆ U biến thiên rất ít. Các diode zener có U z ≈ 8V thường có điện trở động r z nhỏ nhất nghĩa là chúng ổn áp tốt nhất. Các diode có U z < 8V thì r z rất lớn nên không thể dung để ổn áp được, còn các diode có U z > 8V thì có tăng nhưng vẫn nhỏ nên vẫn có thể dùng làm ổn áp được nhưng hiệu quả ổn áp không cao. Vì thế khi cần ổn định điện áp lớn, nên chọn nhiều diode có U z = 8V mắc nối tiếp hơn là chọn một diode với U z lớn. Đặc tuyến Volt-Ampe và sơ đồ ổn áp một chiều dùng diode zener Theo sơ đồ ta có: U r’ = U z (U z là điện áp qua diode zener). Hệ số ổn áp G đối với ổn áp một chiều cũng đồng thời là hệ số lọc đối với điện áp xoay chiều và được xác định như sau: Hệ số ổn áp tương đối: Mạch ổn áp loại này chỉ được dùng khi yêu cầu công suất ra nhỏ, vì yêu cầu hiệu suất của nó thấp ( ≈ η 50%) và công suất tổn hao trên R và r z lớn. 4.2 Mạch ổn áp dùng diode zener với mạch lặp emito ở đầu ra Sơ đồ mạch ổn áp dùng diode zener đã xét thường có công suất tổn hao khá lớn 10 [...]... giá trị điện áp đầu ra nhứ 5V, 6V…78xx là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra với điều kiện đầu vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V Họ 79xx là họ ổn địn điện áp đầu ra là âm Còn xx là giá trị điện áp đầu ra như: -5 V, -6 V… Như chúng ta đã biết: Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ ( ≤ 20mA ) Để có thể tạo ra một 13 điện áp cố định... số làm cho điện áp (dòng điện) ra trên nó thay đổi theo xu hướng tiệm cận đến giá trị chuẩn 4.3 Ổn áp xung 12 Hiệu suất của mạch ổn áp lien tục phụ thuộc nhiều vào công suất tổn hao P th của transistor công suất Có thể giảm Pth nếu cho transistor làm việc ở chế độ khác Cũng giống như trong mạch ổn áp liên tục, điện áp vào mạch ổn áp phải luôn luôn lớn hơn điện áp một chiều ở đầu ra Ổn áp xung đặc biệt... Ic ∂Ib UCE = const là hệ số Vì Ri < rz, nên mạch ổn áp loại này có điện áp ra ít phụ thuộc vào tải Ngoài ra do dong qua diode zener nhỏ nên có thể chọn trị số của điện trở R lớn để tăng hệ số ổn áp mà tổn hao trên R không tăng 11 Với sơ đồ này có thể lấy ra điện áp U’ r, là một phần cua Uz qua chiết áp P Nếu chọn điện trở chiết áp P nhỏ hơn rBE thì điện trở của mạch tăng không đáng kể 4.2 Mạch ổn áp. .. tạo các IC ổn áp cho dòng dưới 10A Các loại IC ổn áp điển hình thường dùng là: serial 78xx hay 79xx, LM 105, LM 309, µ A 723, LM323, LM317… Tùy thuộc vào tham số kỹ thuật như điện áp ra, dòng ra, hệ số ổn đinh điên áp, khả năng điều chỉnh điện áp, dải nhiệt độ làm việc, nguồn cung cấp, độ ổn định theo thời gian….mà người ta chế tạo ra nhiều loại khác nhau Họ 78xx là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương... tiếp Nguyên tắc thực hiện các sơ đồ ổn áp có hồi tiếp, phân loại Để thỏa mãn yêu cầu cao hơn về mặt ổn áp, ổn dòng, cũng như công suất ra Người ta dùng mạch ổn định có hồi tiếp Sơ đồ khối minh họa nguyên tắc làm việc mạch ổn áp có hồi tiếp Trong mạch này có một phần điện áp (dòng điện ) ra được đua về so sánh với một giá trị chuẩn Kết quả so sánh được khuếch đại lên và đưa đến phần tử điều khiển Phần...Pth = Iz.Uz Khi yêu cầu dòng ra tải lớn, phải chọn diode có dòng lớn Diode zener chỉ thích nghi với các bộ chỉnh lưu công suất nhỏ Để ổn áp cho các mạch chỉnh lưu có công suất lớn có thể dùng các mạch ổn áp zener có tầng ra là một mạch lặp emitơ Sơ đồ hình vẽ: Sơ đồ này dùng cho trường hợp điện áp ra cố định trong các sơ đồ này điode Ie It zener nên dòng qua các diode zener... ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ dưới đây: Ở mạch trên điện áp tại điểm 3 có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm Rt không thay đổi và tương đối phẳng Nguyên lý ổn áp : Thông qua điện trở R2 và D1 gim cố định điện áp chân Rt của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của... phạm vi ( 16 ÷ 50) kHz để tránh nhiễu âm thanh Trong khu vực tần số này dụng cuộn cảm có lõi ferit là thích hợp Tần số càng cao thì phần tử tích lũy năng lượng có kích thước càng nhỏ, nhưng hiệu suất giảm do tổn hao trong thời gian đóng mở tăng Ổn áp xung cho hiệu suất cao và có dãy ổn định điện áp rộng, nhưng tốc độ điều khiển thấp, điện áp ra có độ gợn sóng lớn (vài %o đến vài %) 4.4 Bộ ổn áp IC tuyến... biệt có ý nghĩa khi cần lấy ra điện áp nhỏ từ một điện áp vào lớn với hiệu suất cao hoặc khi điện áp vào thay đổi nhiều (độ gợn sóng lớn) Khi mở, Transistor khóa dẫn năng lượng từ nguồn vào đến một phần tử tích lũy năng lượng (thường là cuộn cảm và tụ điện) Trong thời gian transistor khá ngắt thì phần tử tích lũy cung cấp năng lượng cho mạch sao cho trên tải luôn luôn có điện áp cao Tấn số đóng mở của... điện một chiều của transistor mắc emitor chung) Do đó có thể dùng diode zener có dòng nhỏ cho các bộ chỉnh lưu có công suất tương đối lớn Điện áp chỉnh lưu được xác định theo công thức: U’r = Uz – U BE Với UBE (0 ,6 ÷ 0,7) V Điện trở trong của sơ đồ điện trở ra của mạch lặp emitor khi coi R và r z là điện trở phân áp bazơ Ta có: rBE Ri = β + 1 Trong đó, rBE là điện trở vào của transistor, β = khuếch . LỤC Phần I 1 Đồ án mạch tương tự THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP DÙNG IC ỔN ÁP ĐẦU VÀO 15VAC ĐẦU RA 6 VDC VÀ 1 2VDC – 1A MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển ngày càng mạnh về lĩnh vực khoa học kỹ thuật các thiết. họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương. Còn xx là giá trị điện áp đầu ra nhứ 5V, 6V…78xx là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra với điều kiện đầu vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V. Họ. là điện áp ra ít phụ thuộc vào điện áp mạng, của tải và nhiệt độ. Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn đình (ổn áp, ổn dòng). Các mạch cung cấp nguồn cổ điển thường dùng biến áp nên