Nội dung chính của chƣơng bao gồm: - Giải thích chức năng của nguồn cung cấp. - Vẽ sơ đồ khối của mạch và các bộ phận của nguồn cung cấp. - Mô tả ba kiểu mạch chỉnh lưu khác nhau. - Giải thích chức năng của bộ lọc. - Mô tả hai kiểu mạch ổn định điện áp cơ bản và nguyên lý hoạt động của bộ ổn định điện áp. - Giải thích chức năng của mạch nhân áp. - Nhận dạng các dụng cụ bảo vệ quá điện áp và quá dòng điện. Nguồn cung cấp được dùng để cung cấp điện áp cho các mạch điện tử khác nhau. Nguyên lý cơ bản của các bộ nguồn cung cấp là như nhau. Chức năng chính của nguồn cung cấp là chuyển đổi dòng xoay chiều (AC) thành dòng một chiều (DC). Có thể tăng hay giảm mức điện áp AC đầu vào bằng biến áp. Khi điện áp AC đạt mức yêu cầu sẽ được biến đổi thành điện áp DC thông qua quá trình chỉnh lưu. Điện áp đã được chỉnh lưu vẫn còn tín hiệu AC gọi là tín hiệu gợn. Gợn sẽ được loại bỏ bằng mạch lọc. Để đảm bảo mức điện áp duy trì ở mức không đổi, cần phải sử dụng mạch điều hoà (hay ổn định) điện áp. Mạch ổn định điện áp sẽ giữ mức điện áp ra không đổi. 10.1 Biến áp. Biến áp được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp để cách ly nguồn cung cấp ra khỏi nguồn điện áp AC; và dùng để tăng điện áp nếu cần mức điện áp cao hơn hay giảm điện áp nếu yêu cầu mức điện áp thấp hơn. Nếu sử dụng biến áp trong bộ nguồn cung cấp, thì nguồn cung cấp AC chỉ được mắc đến phía sơ cấp của biến áp để cách ly mạch điện tử ra khỏi nguồn cung cấp AC. Khi lựa chọn biến áp, mối quan tâm đầu tiên là thông số định mức của nguồn phía sơ cấp. Các mức sơ cấp thông dụng nhất là 110V đến 120V hoặc 220V đến 240V. Quan tâm tiếp theo là tần số của nguồn AC. Một số tần số là 50Hz đến 60Hz, 400Hz, và 10 000Hz. Mối quan tâm thứ ba là thông số định mức của điện áp và dòng thứ cấp của nguồn cung cấp. Cuối cùng là khả năng xử lý công suất, hay thông số định mức Volt - Ampere, về cơ bản là mức công suất có thể được phân bố đến cuộn thứ cấp của biến áp; cho theo đơn vị Volt - Ampere bởi vì các tải có thể được nối với cuộn thứ cấp. Câu hỏi mục 10.1: 1. Tại sao phải sử dụng biến áp trong các bộ nguồn cung cấp ? 2. Biến áp được mắc trong bộ nguồn cung cấp như thế nào ? 3. Điều quan trọng nào sẽ được xem xét khi chọn biến áp cho một bộ nguồn cung cấp ? 4. Biến áp được lựa chọn như thế nào ? 10.2 Mạch chỉnh lƣu. Mạch chỉnh lƣu là bộ phận trung tâm của nguồn cung cấp, có chức năng chuyển đổi điện áp AC ở đầu vào thành điện áp DC ở đầu ra. Có ba loại mạch chỉnh lưu cơ bản được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp: chỉnh lƣu bán kỳ, chỉnh lƣu toàn kỳ dùng 2 diode, và chỉnh lƣu toàn kỳ kiểu mạch cầu. Hình 10.1a, là mạch chỉnh lưu bán kỳ cơ bản. Diode được mắc nối tiếp với tải, do có diode nên dòng điện chảy trong mạch chỉ theo một chiều. Hình 10.1b, là mạch chỉnh lưu bán kỳ trong bán kỳ dương của sóng sin. Diode được phân cực thuận cho dòng điện chảy qua tải. Vậy bán kỳ dương của chu kỳ sóng sin sẽ xuất hiện trên tải. Hình 10.2a, là mạch chỉnh lưu bán kỳ với bán kỳ âm của sóng sin. Lúc này, diode bị phân cực ngược nên không dẫn, không có dòng chảy qua tải, không có sụt áp trên tải. Mạch chỉnh lưu bán kỳ chỉ làm việc trong một bán kỳ của chu kỳ tín hiệu vào. Tín hiệu ra là dãy các xung dương hay âm tuỳ theo chiều diode được mắc trong mạch. Tần số xung ra bằng tần số tín hiệu vào. Tần số của xung ra gọi là tần số gợn. Cực tính của điện áp ở đầu ra tuỳ thuộc vào cách mắc diode trong mạch (hình 10.2b). Khi phân cực thuận cho diode có cathode nối tiếp với R 1 , dòng điện chảy qua diode từ anode đến cathode (theo chiều mũi tên) nên đầu cathode của diode có cực tính dương của điện áp chỉnh lưu. Cực tính của nguồn cung cấp có thể đảo ngược bằng cách đảo ngược diode. Bộ chỉnh lưu bán kỳ có nhược điểm lớn là do dòng điện chỉ chảy trong bán kỳ của mổi chu kỳ nên mạch có hiệu suất năng lượng thấp. Để khắc phục nhược điểm đó, có thể sử dụng bộ chỉnh lưu toàn kỳ. Mạch chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản như ở hình 10.3a. Mạch cần phải có hai diode và một biến áp điểm giữa. Đầu dây ra điểm giữa của cuộn thứ cấp của biến áp sẽ được nối đất, nên mức điện áp tại hai đầu của cuộn thứ cấp của biến áp lệch pha nhau 180 o . Hình 10.3b, là mạch chỉnh lưu toàn kỳ ở toàn bộ bán kỳ dương của tín hiệu vào. Đầu anode của diode D 1 dương, và đầu anode của diode D 2 là âm, D 1 phân cực thuận nên dẫn điện, còn D 2 phân cực ngược nên ngưng dẫn. Dòng điện chảy qua D 1 qua tải, điểm giữa của biến áp và đến đầu trên của cuộn thứ cấp của biến áp, cho phép bán kỳ dương của chu kỳ tín hiệu vào được cung cấp cho tải. Hình 10.3c, là mạch chỉnh lưu toàn kỳ ở bán kỳ âm của chu kỳ tín hiệu. Điện áp trên anode của D 2 trở nên dương, còn anode của D 1 trở nên âm. Diode D 2 lúc này được phân cực thuận nên dẫn điện. Diode D 1 phân cực ngược nên ngưng dẫn. Dòng điện chảy từ đầu dưới của cuộn thứ cấp qua D 2 , qua tải đến điểm giữa cuộn thứ cấp của biến áp. Ở mạch chỉnh lưu toàn kỳ, dòng điện chảy trong cả hai bán kỳ, tức là tần số gợn gấp hai lần tần số tín hiệu vào. Nhược điểm của mạch chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản (sử dụng chỉ hai diode) là do điện áp ra bằng một nửa mức điện áp của mạch chỉnh lưu bán kỳ với cùng một mức ra trên hai đầu cuộn thứ cấp của biến áp. Cách khắc phục là sử dụng mạch chỉnh lưu cầu (sử dụng bốn diode). Hình 10.4a, là mạch chỉnh lưu cầu. Bốn diode sẽ được mắc để dòng điện chỉ chảy theo một chiều qua tải. Hình 10.4b, là dòng điện chảy trong bán kỳ dương của chu kỳ tín hiệu vào. Dòng chảy từ đầu phía trên của phía thứ cấp của biến áp qua diode D 2 , qua tải, qua diode D 2 đến đầu dưới của cuộn thứ cấp của biến áp. Toàn bộ điện áp sụt trên tải. Hình 10.4c, là dòng điện chảy trong bán kỳ âm của tín hiệu vào. Đầu trên của cuộn thứ cấp là âm, còn đầu dưới là dương. Dòng điện từ phía dưới của cuộn thứ cấp chảy qua diode D 3 , qua tải và diode D 1 đến đầu phía trên của cuộn thứ cấp. Lưu ý rằng, dòng điện chảy qua tải theo cùng chiều như trong bán kỳ dương. Một lần nửa, toàn bộ điện áp được sụt trên tải. Mạch chỉnh lưu cầu cũng là loại mạch chỉnh lưu toàn kỳ, bởi vì mạch làm việc ở cả hai bán kỳ của dạng sóng sin đầu vào. Ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu là mạch không cần phải có cuộn thứ cấp điểm giữa. Mạch chỉnh lưu cầu làm việc không cần phải có biến áp. Biến áp sử dụng chỉ để tăng hoặc giảm điện áp hoặc để cách ly. Tóm lại các điểm khác nhau ở các bộ chỉnh lưu là: Các ưu điểm của mạch chỉnh lưu bán kỳ là đơn giản và giá thành thấp, chỉ cần một diode và một biến áp, nhưng hiệu suất năng lượng rất thấp, do sử dụng chỉ một nửa tín hiêụ vào. Bộ chỉnh lưu bán kỳ chỉ được giới hạn ở các ứng dụng mức dòng thấp. Bộ chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản có hiệu suất cao hơn bộ chỉnh lưu bán kỳ, do làm việc ở cả hai bán kỳ của sóng sin. Tần số gợn cao hơn của bộ chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản nên dễ lọc. Nhược điểm là cần phải có biến áp điểm giữa. Mức điện áp ra của bộ chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản thấp hơn so với mức điện áp ra của bộ chỉnh lưu bán kỳ với cùng một biến áp do cuộn dây điểm giữa. Mạch chỉnh lưu cầu có thể làm việc không cần biến áp. Tuy nhiên, biến áp cần phải có để tăng hoặc giảm điện áp. Mức điện áp ra của mạch chỉnh lưu cầu cao hơn mức điện áp ra của mạch chỉnh lưu toàn kỳ cơ bản hoặc bán kỳ. Nhược điểm của mạch chỉnh lưu cầu là cần bốn diode, nhưng các diode không đắt hơn so với biến áp chỉnh lưu điểm giữa. Câu hỏi mục 10.2: 1. Chức năng của mạch chỉnh lưu trong bộ nguồn là gì ? 2. Ba cấu hình nào để mắc các mạch chỉnh lưu đối với các bộ nguồn cung cấp ? 3. Các điểm khác nhau nào về nguyên lý hoạt động của ba cấu hình ? 4. Các ưu điểm nào của một mạch chỉnh lưu so với mạch chỉnh lưu khác ? 5. Cấu hình mạch chỉnh lưu nào được cho là sự lựa chọn tốt nhất ? Tại sao ? 10.3 Mạch lọc. Tín hiệu ra của mạch chỉnh lưu là điện áp DC dạng xung đập mạch, không thích hợp cho hầu hết các mạch điện tử, do vậy, phải có mạch lọc sau mạch chỉnh lưu trong các bộ nguồn cung cấp DC. Mạch lọc sẽ biến đổi điện áp DC dạng xung thành điện áp DC bằng phẳng. Mạch lọc đơn giản nhất là một tụ mắc ngang qua đầu ra của mạch chỉnh lưu (hình 10.5). Hình 10.6, so sánh các tín hiệu ra của mạch chỉnh lưu không có và có bổ sung tụ lọc. Tụ lọc sẽ có tác dụng đến mạch theo cách sau: Khi anode của diode là dương, dòng chảy trong mạch, đồng thời tụ sẽ nạp theo cực tính như ở hình 10.5. Sau thời điểm 90 o của tín hiệu vào, tụ sẽ được nạp hoàn toàn đến mức điện áp đỉnh của mạch. Khi tín hiệu vào bắt đầu giảm xuống theo chiều âm, tụ sẽ xã qua tải. Điện trở của tải sẽ quyết định tốc độ tụ xã bằng hằng số thời gian RC. Hằng số thời gian xã dài hơn so với chu kỳ, nên chu kỳ sẽ kết thúc trước khi tụ có thể xã. Như vậy, sau một phần tư chu kỳ thứ nhất, dòng chảy qua tải được cung cấp bằng việc tụ xã điện. Khi tụ xã, lượng điện áp tích trữ trong tụ sẽ giảm, nhưng trước khi tụ có thể xã hoàn toàn, thì chu kỳ tiếp theo của sóng sin sẽ xuất hiện, làm cho anode của diode lại trở nên dương, cho phép diode dẫn, nên tụ sẽ nạp lại và chu trình sẽ lặp lại. Kết quả cuối cùng là các xung sẽ phẳng hơn ở đầu ra và mức điện áp ra thực tế sẽ tăng lên (hình 10.7). Tụ lớn hơn, thì hằng số thời gian RC lớn hơn, dẫn đến tụ xã chậm hơn, làm tăng mức điện áp ra. Có tụ cho phép diode trong mạch dẫn trong khoảng thời gian ngắn hơn. Khi diode không dẫn, tự sẽ cấp dòng cho tải. Nếu tải đòi hỏi mức dòng lớn, thì phải sử dụng tụ rất lớn. Mạch lọc bằng tụ ngang qua mạch chỉnh lưu toàn kỳ hay chỉnh lưu cầu rất giống với mạch lọc trong bộ chỉnh lưu bán kỳ. Hình 10.8, là dạng sóng ra của mạch chỉnh lưu toàn kỳ hoặc chỉnh lưu cầu. Tần số gợn gấp đôi tần số của mạch bán kỳ. Khi thêm mạch lọc bằng tụ ở đầu ra của mạch chỉnh lưu, tụ sẽ không xã rất nhanh trước khi xung tiếp theo xuất hiện, nên mức điện áp ra sẽ cao. Nếu dùng tụ lớn, thì mức điện áp ra sẽ bằng với điện áp đỉnh của tín hiệu vào, vì vậy tụ sẽ thực hiện việc lọc tốt hơn ở mạch toàn kỳ so với ở mạch bán kỳ. Mục đích của tụ lọc là làm làm phẳng hoàn toàn điện áp DC dạng xung từ mạch lọc. Hiệu suất của mạch lọc được xác định bằng độ gợn còn lại trên điện áp DC. Độ gợn có thể làm nhỏ hơn bằng cách sử dụng tụ lớn hay bằng cách tăng điện trở tải. Thường điện trở tải được quyết định khi thiết kế mạch, nên độ lớn của tụ lọc sẽ được xác định bởi độ gợn. Tụ lọc sẽ đặt một điện áp bổ sung lên các diode sử dụng trong mạch chỉnh lưu. Mạch chỉnh lưu bán kỳ và toàn kỳ có mắc tụ lọc như ở hình 10.9. Tụ sẽ nạp đến mức đỉnh của điện áp thứ cấp và sẽ giữ giá trị đó suốt theo chu kỳ tín hiệu vào. Khi diode trở nên bị phân cực ngược, diode sẽ ngưng dẫn và điện áp âm lớn nhất sẽ giữ trên anode của diode. Tụ lọc sẽ giữ mức điện áp dương lớn nhất trên cathode của diode. Sự chênh lệch điện áp ngang qua diode bằng hai lần giá trị đỉnh của cuộn thứ cấp, nên phải tính chọn diode chịu được điện áp ngược trên. Mức điện áp lớn nhất mà diode có thể chịu được khi phân cực ngược gọi là điện áp ngược đỉnh [Peak- Inverse Voltage hay PIV]. Cần phải chọn diode có PIV cao hơn hai lần giá trị đỉnh. Một cách lý tưởng, diode sẽ được làm việc ở mức 80% giá trị định mức của diode để cho phép đối với các thay đổi ở điện áp vào. Điều này được cho là đúng đối với cả mạch chỉnh lưu bán kỳ và mạch chỉnh lưu toàn kỳ, nhưng không đúng đối với mạch chỉnh lưu cầu. Các diode trong mạch chỉnh lưu cầu không cần phải có PIV lớn hơn so với giá trị đỉnh của cuộn thứ cấp, như thể hiện ở mạch hình 10.10, không cần các diode có PIV cao hơn giá trị đỉnh của tín hiệu vào. Việc sử dụng các diode có PIV thấp hơn biểu hiện một ưu điểm nữa của mạch chỉnh lưu cầu. Câu hỏi mục 10.3: 1. Nhiệm vụ của mạch lọc trong bộ nguồn cung cấp là gì ? 2. Mạch lọc đơn giản nhất là như thế nào ? 3. Tần số gợn là gì ? 4. Tụ lọc được chọn như thế nào ? 5. Các tác động bất lợi do bổ sung mạch lọc là gì ? 10.4 Mạch ổn định (điều hoà) điện áp. Hai yếu tố có thể làm thay đổi mức điện áp ra của nguồn cung cấp. Thứ nhất là điện áp vào của nguồn cung cấp có thể thay đổi, dẫn đến làm tăng hay giảm về điện áp ra. Thứ hai là tải điện trở tải có thể thay đổi, làm thay đổi về dòng yêu cầu. Nhiều mạch điện tử được thiết kế để làm việc ở một mức điện áp nào đó, nếu điện áp thay đổi, thì hoạt động của mạch sẽ bị ảnh hưởng, do vậy nguồn cung cấp cần phải tạo ra mức điện áp ra như nhau bất chấp các thay đổi của tải và của điện áp vào. Để thực hiện điều này, cần phải thêm bộ ổn định điện áp sau mạch lọc. Có hai kiểu mạch ổn định điện áp cơ bản: mạch ổn định song song và mạch ổn định nối tiếp, tên gọi theo phương pháp nối mạch ổn định với tải. Mạch ổn định song song được mắc song song với tải. Mạch ổn định nối tiếp được mắc nối tiếp với tải. Các mạch ổn định nối tiếp thông dụng hơn so với các mạch ổn định song song do có hiệu suất cao hơn và tiêu tán mức công suất thấp hơn. Mạch ổn định song song cũng có vai trò như một dụng cụ điều khiển, bảo vệ mạch ổn định khỏi sự ngắn mạch do tải. Hình 10.11, là mạch ổn định bằng diode zener cơ bản. Đây là mạch ổn định song song. Diode zener được mắc nối tiếp với một điện trở. Điện áp vào DC, chưa được ổn định sẽ được đặt vào cả diode zener và điện trở để làm cho diode zener được phân cực ngược. Điện trở cho một dòng nhỏ chảy qua để giữ diode zener ở vùng đánh thủng zener. Điện áp vào phải cao hơn so với điện áp đánh thủng zener của diode. Điện áp ngang qua diode zener sẽ bằng thông số điện áp của diode zener. Mức sụt áp trên điện trở sẽ bằng độ chênh lệch giữa điện áp của diode zener và điện áp vào. Mạch hình 10.11, sẽ cho mức điện áp ra không đổi đối với sự thay đổi ở điện áp vào. Sự thay đổi bất kỳ về điện áp sẽ xuất hiện trên điện trở. Tổng của các sụt áp phải bằng điện áp vào. Có thể tăng hoặc giảm điện áp ra bằng cách thay đổi diode zener ở đầu ra và điện trở nối tiếp. Dòng chảy qua tải được quyết định bởi điện trở tải và điện áp ra. Dòng tải cộng với dòng chảy qua diode zener sẽ bằng dòng chảy qua điện trở nối tiếp. Điện trở nối tiếp cần phải được chọn cẩn thận sao cho dòng chảy qua zener duy trì diode zener trong vùng đánh thủng và cho dòng chảy qua. Khi dòng tải tăng lên, dòng zener giảm xuống nên dòng tải và dòng zener tác động lẫn nhau duy trì điện áp ra không đổi, cho phép mạch điều hoà các thay đổi về dòng ra cũng như điện áp vào. Mạch hình 10.12, là mạch điều hoà song song. Lưu ý rằng, transistor Q 1 mắc song song với tải, sẽ bảo vệ bộ ổn định trong trường hợp có xu hướng ngắn mạch xuất hiện trên tải. Mạch ổn định nối tiếp thông dụng hơn so với mạch ổn định song song. Mạch ổn định nối tiếp đơn giản nhất là một biến trở mắc nối tiếp với tải (hình 10.13). Trị số điện trở sẽ được điều chỉnh liên tục để duy trì điện áp không đổi trên tải. Khi điện áp DC tăng lên, thì tăng trị số điện trở, nên sụt áp trên biến trở lớn hơn, duy trì sụt áp trên tải bằng cách làm giảm lượng điện áp tăng thêm trên điện trở nối tiếp. Biến trở cũng có thể bù các thay đổi về dòng tải. Nếu dòng tải tăng, thì sẽ có lượng sụt áp nhiều hơn trên biến trở, dẫn đến mức sụt áp ít hơn trên điện trở tải. Nếu trị số điện trở có thể làm giảm xuống tại cùng thời điểm để có dòng tăng lên, thì lượng sụt áp trên biến trở có thể vẫn không đổi, dẩn đến mức điện áp ra không đổi bất chấp các thay đổi về dòng tải. Trong thực tế, rất khó thay đổi trị số điện trở bằng tay để bù các thay đổi về áp và dòng điện, nên hiệu quả hơn là thay thế biến trở bằng transistor (hình 10.14). Transistor sẽ được mắc để dòng chảy qua tải cũng chảy qua transistor. Bằng cách thay đổi mức dòng base của transistor, thì BJT có thể được phân cực để dẫn mức dòng lớn hay nhỏ. Thêm một vài linh kiện cần thiết để tạo thành mạch tự điều chỉnh (hình 10.15), cho phép transistor bù tự động với các thay đổi ở điện áp vào hoặc dòng tải. Hình 10.16, là mạch ổn áp nối tiếp đơn giản. Đầu vào là điện áp DC chưa ổn định, còn đầu ra là điện áp DC thấp hơn, đã được ổn định. Transistor được mắc như một mạch lặp lại emitter, có nghĩa là không có sự đảo pha giữa base và emitter, điện áp emitter sẽ như điện áp trên base. Tải được mắc giữa emitter của transistor và đất. Điện áp tại base của transistor sẽ được thiết lập bởi diode zener, nên điện áp ra sẽ bằng điện áp zener trừ sụt áp 0,7V trên tiếp giáp emitter - base của transistor. Khi điện áp vào tăng thông qua transistor, điện áp tại đầu ra cũng sẽ tăng. Điện áp base được thiết lập bởi diode zener, nếu emitter trở nên dương hơn so với base, thì độ dẫn điện của transistor sẽ giảm xuống. Khi transistor dẫn kém hơn, có tác động trở lại như tác dụng của một điện trở lớn được đặt giữa đầu vào và đầu ra. Phần lớn lượng tăng ở điện áp vào sẽ được sụt giảm trên transistor nên chỉ có một lượng tăng nhỏ ở điện áp ra. Nhược điểm của mạch ổn áp lặp lại emitter là diode zener cần phải có mức công suất lớn. Các diode zener có khả năng xử lý công suất lớn có giá thành cao. Một kiểu mạch ổn định nối tiếp thông dụng hơn là mạch ổn định có hồi tiếp, gồm có một mạch hồi tiếp để giám sát mức điện áp ra. Nếu điện áp ra thay đổi, thì tín hiệu điều khiển sẽ được tạo ra, sẽ điều khiển độ dẫn điện của transistor. Hình 10.17, là sơ đồ khối của bộ ổn định hồi tiếp. Điện áp DC chưa ổn định được đặt vào đầu vào của bộ ổn định. Điện áp ra DC đã được ổn định, thấp hơn xuất hiện tại đầu ra của bộ ổn định. Mạch lấy mẫu mắc ngang qua hai đầu ra. Mạch lấy mẫu là mạch phân áp sẽ truyền mẫu điện áp ra đến mạch phát hiện sai lệch. Mẫu điện áp sẽ thay đổi nếu điện áp ra thay đổi. Mạch phát hiện sai lệch sẽ so sánh mức điện áp được lấy mẫu với mức điện áp chuẩn. Để tạo ra điện áp chuẩn cần phải sử dụng diode zener. Độ chênh lệch giữa điện áp mẫu và điện áp chuẩn là điện áp sai lệch. Điện áp sai lệch sẽ được khuyếch đại bởi mạch khuyếch đại sai lệch. Bộ khuyếch đại sai lệch sẽ điều khiển độ dẫn điện của transistor nối tiếp. Transistor dẫn nhiều hay ít để bù cho các thay đổi ở mức điện áp ra. Hình 10.18, là mạch ổn định điện áp hồi tiếp. Các điện trở R 3 , R 4 , và R 5 tạo thành mạch lấy mẫu. Transistor Q 2 có vai trò như mạch dò sai cũng như mạch khuyếch đại sai lệch. Diode Zener D 1 và điện trở R 1 tạo ra mức điện áp chuẩn. Transistor Q 1 là transistor điều hoà nối tiếp. Điện trở R 2 là điện trở tải collector của transistor Q 2 và điện trở phân cực cho transistor Q 1 . Nếu điện áp ra tăng, điện áp mẫu cũng sẽ tăng, làm tăng điện áp phân cực trên base của transistor Q 2 . Điện áp emitter của transistor Q 2 được giữ không đổi bởi diode zener D 1 , dẫn đến transistor Q 2 dẫn mạnh hơn nên làm tăng mức dòng chảy qua điện trở R 2 , điện áp trên collector của transistor Q 2 và base của transistor Q 1 giảm xuống, tức làm giảm điện áp phân cực thuận của transistor Q 1 nên Q 1 dẫn yếu hơn, dòng chảy qua Q 1 thấp hơn, làm cho sụt áp trên tải nhỏ hơn nên sẽ triệt tiêu độ tăng lên ở điện áp. Điện áp ra có thể được điều chỉnh chính xác bằng cách thay đổi biến trở R 4 . Để tăng mức điện áp ra của bộ ổn định, đầu trượt của biến trở R 4 phải được di chuyển về hướng âm, nên sẽ làm giảm mức điện áp mẫu trên base của transistor Q 2 , giảm điện áp phân cực thuận, làm cho transistor Q 2 dẫn ít hơn, gây ra mức điện áp collector của transistor Q 2 và base của transistor Q 1 tăng lên, tức làm tăng phân cực thuận trên transistor Q 1 , làm cho Q 1 dẫn mạnh hơn. Dòng lớn hơn chảy qua tải, tức điện áp ra tăng lên. Nhược điểm lớn nhất đối với mạch ổn định nối tiếp là do transistor mắc nối tiếp với tải. Ngắn mạch tải sẽ dẫn đến dòng lớn chảy qua transistor, gây hỏng transistor, nên cần phải có mạch giữ mức dòng qua transistor ở mức an toàn. Hình 10.19, là mạch ổn định có thêm mạch giới hạn mức dòng chảy qua transistor của bộ ổn định nối tiếp, với việc bổ sung vào mạch ổn định điện áp nối tiếp có hồi tiếp transistor Q 3 và điện trở R 6 tạo thành mạch hạn dòng. Để transistor Q 3 dẫn điện, thì tiếp giáp base - emitter phải được phân cực thuận tối thiểu là 0,7V. Khi đặt 0,7V giữa base và emitter, thì transistor sẽ dẫn. Nếu R 6 bằng 1 , thì mức dòng cần thiết để tạo ra 0,7V trên base của transistor Q 3 là: 700mA0,7A 1Ω 0,7V R E I Khi mức dòng chảy qua transistor Q 3 thấp hơn 700mA, thì điện áp base - emitter của Q 3 sẽ thấp hơn 0,7V, giữ cho Q 3 ngưng dẫn, mạch đóng vai trò như không tồn tại. Khi mức dòng vượt quá 700mA, sụt áp trên điện trở R 6 tăng lên trên 0,7V, dẫn đến Q 3 dẫn thông qua R 2 , nên sẽ làm giảm điện áp trên base của transistor Q 1 , làm cho Q 1 dẫn kém hơn. Dòng không thể tăng lên trên 700mA. Mức dòng để có thể được hạn chế có thể thay đổi bằng cách thay đổi trị số của điện trở R 6 . Tăng trị số của điện trở R 6 sẽ có mức dòng giới hạn thấp hơn. Mạch ổn định nối tiếp hồi tiếp có nhược điểm nữa là số lượng cấu kiện cần thiết nhiều, có thể khắc phục điều này bằng cách sử dụng bộ ổn định bằng vi mạch. Các bộ ổn định IC hiện nay có giá thành rẽ và dễ sử dụng. Phần lớn các bộ ổn định bằng IC chỉ có ba cực (vào, ra và cực nối đất) nên có thể mắc trực tiếp vào đầu ra của mạch lọc của mạch chỉnh lưu (hình 10.20). Các IC ổn áp có thể cung cấp các mức điện áp ra khác nhau theo cả hai cực tính dương và âm. Có các IC ổn áp có thể điều chỉnh mức điện áp ra cần thiết. Khi lựa chọn IC ổn áp, cần phải biết mức áp và dòng cần thiết, cùng với các thông số về điện của nguồn cung cấp chưa được ổn định. Các IC ổn áp được phân loại theo mức điện áp ra. Các bộ ổn áp cố định có ba chân và chỉ cung cấp một mức điện áp ra, có sẳn dưới dạng cả điện áp dương và điện áp âm. Các bộ ổn áp hai cực tính có thể cung cấp cả điện áp dương và điện áp âm. Có cả các bộ ổn định điện áp cố định - và hai cực tính cũng như các bộ ổn định điện áp có thể điều chỉnh. Khi sử dụng bất kỳ bộ ổn định điện áp bằng IC, cần phải tham khảo trang số liệu kỹ thuật của nhà sản xuất. Câu hỏi mục 10.4: 1. Nhiệm vụ của bộ ổn định điện áp trong một bộ nguồn cung cấp là gì ? 2. Hai kiểu mạch ổn định điện áp cơ bản là gì ? 3. Kiểu mạch ổn định điện áp nào được sử dụng nhiều nhất ? 4. Vẽ mạch ổn định điện áp bằng diode zener đơn giản và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch. 5. Vẽ sơ đồ khối của bộ ổn định điện áp hồi tiếp nối tiếp và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch. 10.5 Các mạch nhân áp. Trong tất cả các trường hợp đã xét trên, điện áp DC chỉ được giới hạn ở trị số đỉnh của tín hiệu vào dạng sin. Khi cần mức điện áp DC cao hơn thì phải sử dụng biến thế tăng áp, tuy nhiên có thể sử dụng mạch tạo ra các mức điện áp DC cao hơn mà không cần biến thế tăng áp, đó là các mạch nhân áp. Hai mạch nhân áp là bộ nhân đôi điện áp và bộ nhân ba điện áp. Mạch nhân đôi điện áp bán kỳ (hình 10.21a), sẽ cho điện áp ra DC gấp hai lần mức đỉnh của tín hiệu vào. Hình 10.21b, là mạch ở bán kỳ âm của tín hiệu vào. Diode D 1 dẫn, dòng chảy theo chiều mũi tên trong hình vẽ, tụ C 1 sẽ nạp đến trị số đỉnh của tín hiệu vào. Do không có đường xả, nên tụ C 1 giữ mức điện áp đã được nạp. Hình 10.21c, là mạch ở bán kỳ dương của tín hiệu vào, lúc này tụ C 1 đã được nạp đến mức đỉnh âm, sẽ giữ diode D 1 phân cực ngược và phân cực thuận cho diode D 2 , làm cho D 2 dẫn, nạp điện cho tụ C 2 . Bởi vì tụ C 1 đã được nạp đến mức âm lớn nhất, nên tụ C 2 sẽ nạp đến mức hai lần trị số đỉnh của tín hiệu vào. Khi sóng sin thay đổi từ bán kỳ dương sang bán kỳ âm, diode D 2 sẽ ngưng dẫn, do tụ C 2 giữ diode D 2 phân cực ngược. Tụ C 2 sẽ xả qua tải, giữ mức điện áp trên tải không đổi, do vậy tụ C 2 cũng đóng vai trò như một tụ lọc. Tụ C 2 sẽ nạp lại chỉ trong bán kỳ dương của tín hiệu vào, tạo nên tần số gợn 50Hz (nên có tên gọi là bộ nhân đôi điện áp bán kỳ). Bộ nhân đôi điện áp bán kỳ khó lọc do tần số gợn 50Hz. Một nhược điểm nửa là tụ C 2 cần phải có thông số điện áp làm việc ít nhất gấp hai lần trị số đỉnh của tín hiệu vào AC. Bộ nhân đôi điện áp toàn kỳ khắc phục các nhược điểm của bộ nhân đôi điện áp bán kỳ. Hình 10.22a, là sơ đồ mạch của bộ nhân đôi điện áp toàn kỳ. Hình 10.22b, cho thấy rằng, ở bán kỳ dương của tín hiệu vào, tụ C 1 sẽ nạp thông qua diode D 1 lên mức đỉnh của tín hiệu vào AC. Hình 10.22c, là mạch ở bán kỳ âm, tụ C 2 sẽ nạp thông qua diode D 2 đến giá trị đỉnh của tín hiệu vào. Khi tín hiệu vào AC thay đổi giữa các đỉnh của hai bán kỳ, tụ C 1 và C 2 mắc nối tiếp sẽ xả qua tải. Do mổi tụ đã được nạp đến mức đỉnh của tín hiệu vào, nên điện áp tổng cộng trên tải bằng hai lần giá trị đỉnh của tín hiệu vào. Tụ C 1 và C 2 được nạp giữa các mức đỉnh của tín hiệu vào, tần số gợn là 100Hz do cả hai tụ C 1 và C 2 đều được nạp trong suốt mổi chu kỳ. Hai tụ C 1 và C 2 chia một phần mức điện áp ra đưa đến tải, như vậy mổi tụ chịu một giá trị đỉnh của tín hiệu vào. Hình 10.23a, là mạch nhân ba điện áp. Ở hình 10.23b, bán kỳ dương của tín hiệu vào sẽ phân cực cho diode D 1 để D 1 dẫn, nạp điện cho tụ C 1 đến mức đỉnh của tín hiệu vào. Tụ C 1 sẽ đặt mức điện áp dương trên diode D 2 . Hình 10.23c, là mạch ở bán kỳ âm của tín hiệu vào. Do diode D 2 , lúc này đang được phân cực thuận, nên có dòng chảy qua tụ C 1 , qua diode D 2 và tụ C 2 , nạp điện cho C 2 đến mức gấp hai lần giá trị đỉnh vì đã có mức điện áp tích trữ trong tụ C 1 . Hình 10.23d, là trạng thái mạch xảy ra ở bán kỳ dương tiếp theo, mạch sẽ có độ chênh lệch điện áp trên tụ C 2 bằng ba lần giá trị đỉnh, do phiến phía trên của tụ C 2 đã có mức điện áp đỉnh dương bằng hai lần giá trị đỉnh, anode của diode D 3 có mức điện áp đỉnh dương bằng ba lần mức đỉnh so với đất, nên sẽ nạp cho tụ C 3 lên mức ba lần giá trị đỉnh. Mức điện áp này sẽ được đặt vào tải. Câu hỏi mục 10.5: 1. Chức năng của mạch nhân áp là gì ? 2. Vẽ mạch nhân đôi điện áp bán kỳ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch. 3. Vẽ mạch nhân đôi điện áp toàn kỳ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch. 4. Vẽ mạch nhân ba điện áp. 5. Các tụ sử dụng trong mạch nhân đôi và nhân ba điện áp cần phải có yêu cầu nào ? 10.6 Các dụng cụ bảo vệ mạch. Để bảo vệ tải khỏi hư hỏng do nguồn cung cấp cần phải sử dụng mạch bảo vệ quá điện áp. Hình 10.24, là mạch bảo vệ quá áp gọi là mạch bẩy [crowbar]. Một SCR được mắc song song với tải, bình thường SCR ngắt (không dẫn). Nếu điện áp ra tăng lên trên mức quy định trước, thì SCR sẽ chuyển sang dẫn nên sẽ đặt một ngắn mạch qua tải, lúc này dòng chảy qua tải rất nhỏ, bảo vệ tải một cách đầy đủ. Việc ngắn mạch ngang qua tải làm cho đầu ra của nguồn cung cấp bị ngắn mạch, nên sẽ làm nổ cầu chì của nguồn cung cấp. Diode zener sẽ thiết lập mức điện áp làm cho SCR dẫn. Mạch sẽ bảo vệ tải ở mức điện áp lớn hơn điện áp zener. Với điều kiện điện áp của nguồn cung cấp nhỏ hơn mức điện áp của diode zener thì diode sẽ không dẫn, giữ cho SCR ngưng dẫn. Nếu điện áp nguồn tăng lên trên mức điện áp zener do sự cố, diode zener sẽ dẫn, làm tăng dòng cổng đến SCR nên SCR sẽ dẫn và ngắn mạch tải. Cần phải lưu ý là, SCR phải đủ lớn để có thể chịu đựng mức dòng ngắn mạch cao. Một dụng cụ bảo vệ khác là cầu chì. Cầu chì sẽ đứt khi quá tải xảy ra. Cầu chì thường được mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp của biến áp nguồn cung cấp. Dòng lớn chảy trong nguồn cung cấp sẽ làm đứt dây chì do quá nhiệt và nóng chảy, làm hở mạch điện để không có mức dòng lớn hơn có thể chảy qua. Cầu chì có hai loại là loại thông thường và loại nổ chậm. Cầu chì thường sẽ hở mạch ngay khi dòng chảy qua bị vượt quá, đây là ưu điểm trong một số mạch do nó loại bỏ sự quá tải rất nhanh. Cầu chì nổ chậm có thể chịu sự quá tải trong một khoảng thời gian ngắn trước khi nổ, do dây chì nóng chảy chậm hơn. Nếu có quá tải lâu hơn vài giây, cầu chỉ sẽ nổ. Cầu chì nổ chậm có thể có một lò xo để kéo dây chì tách ra khi cầu chì nóng chảy. Một số mạch có thể chịu dòng xung, nên ở đó cầu chì nổ chậm có thể dùng thích hợp hơn cầu chì thông thường. Cầu chì luôn được mắc sau chuyển mạch ở dây nóng (dây pha) của nguồn cung cấp AC, để ngắt mạch biến áp ra khỏi nguồn cung cấp AC khi cầu chì đứt. Bằng cách lắp sau chuyển mạch, có thể tháo cầu chì ra khỏi nguồn cung cấp để giúp an toàn khi lắp lại một cầu chì bị nổ. [Chú ý: Cầu chì bị nổ, không nên lắp lại khi nguyên nhân hư hõng chưa được xác định và sửa chữa]. Nhược điểm của cầu chì là cần phải thay dây chì cứ mổi lần cầu chì đứt. Một bộ ngắt mạch sẽ thực hiện cùng một công việc nhưng không cần phải thay dây chì mổi lần xuất hiện quá tải, mà thay vào đó là bộ ngắt mạch có thể đặt lại bằng tay sau khi quá tải xảy ra (hình 10.25). Các bộ ngắt mạch mắc vào mạch tương tự như cách mắc các cầu chì. [...]... amp Tầng cuối cùng là mạch khuyếch đại ra, thường là mạch khuyếch đại lặp lại emitter bù, được sử dụng để làm cho op - amp có trở kháng ra thấp Op - amp có thể cung cấp dòng điện vài chục milliampere đến tải Thông thường, các op - amp được chế tạo được cung cấp bằng nguồn điện áp kép trong khoảng từ 5V đến 15V Nguồn cung cấp dương sẽ phân bố + 5V đến + 15V so với đất Nguồn cung cấp âm sẽ phân bố - 5V... mạch khuyếch đại, và một mạch hồi tiếp - Ba kiểu mạch dao động sin là mạch dao động LC, mạch dao động tinh thể, và mạch dao động RC - Ba kiểu mạch dao động LC là Hartley, Colpitts, và Clapp - Mạch dao động tinh thể cho độ ổn định cao hơn mạch dao động LC - Mạch dao động RC sử dụng các mạch điện trở - điện dung để định tần số dao động - Mạch dao động phi sin không tạo ra sóng sin - Tín hiệu ra của mạch. .. trong các mạch tiếp theo Do tính đa năng và ổn định nhiệt, mạch khuyếch đại vi sai là kiểu mạch khuyếch đại ghép trực tiếp quan trọng nhất Câu hỏi mục 12.1: 1 Các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp được dùng để làm gì ? 2 Loại mạch khuyếch đại ghép trực tiếp được sử dụng đầu tiên là mạch nào ? 3 Vẽ sơ đồ mạch của các mạch sau: a mạch khuyếch đại bù, b mạch Darlington, c mạch khuyếch đại vi sai 4 Mạch khuyếch... bằng mạch bẩy quá điện áp hoạt động như thế nào ? 2 Cầu chì hoạt động như thế nào khi sử dụng trong mạch ? 3 Có các loại cầu chì khác nhau nào ? 4 Cầu chì của thiết bị bảo vệ mạch bất kỳ được lắp ở đâu trong mạch ? 5 Ưu điểm của bộ ngắt mạch so với cầu chì là gì ? Tóm tắt nội dụng chƣơng 10: - Mục đích chính của nguồn cung cấp là biến đổi AC thành DC - Các biến áp sử dụng trong bộ nguồn cung cấp để... cần phải có mạch lọc sau mạch chỉnh lưu - Tụ điện mắc song song với tải là một mạch lọc hiệu quả - Bộ ổn định điện áp sẽ cung cấp điện áp ra không đổi bất chấp các thay đổi của tải và điện áp vào - Bộ ổn định điện áp được mắc sau mạch lọc trong mạch - Hai kiểu mạch ổn định điện áp là mạch ổn định song song và mạch ổn định nối tiếp - Mạch ổn định nối tiếp hiệu quả hơn và vì vậy thông dụng hơn mạch ổn định... được bằng op - amp ? 6 Vẽ sơ đồ mạch của các mạch sau: a Mạch khuyếch đại đảo, b Mạch khuyếch đại tổng, c Mạch lọc thông cao, d Mạch lọc thông dãi, e Mạch trừ Tóm tắt nội dung chƣơng 12: - Các mạch khuyếch đại ghép trực tiếp được sử dụng chủ yếu như các mạch khuyếch đại điện áp - Mạch khuyếch đại vi sai có hai đầu vào riêng biệt và có thể có hoặc một hoặc hai đầu ra - Các mạch khuyếch đại audio khuyếch... riêng Ở mạch chung base (hình 11.1a), tín hiệu vào sẽ được đưa vào mạch emitter - base, còn tín hiệu ra được lấy ra từ mạch collector - base Cực base là phần tử chung cho cả mạch vào và mạch ra Ở mạch chung emitter (hình 11.1b), tín hiệu vào được đưa vào mạch base - emitter, còn tín hiệu ra được lấy ra từ mạch collector - emitter Cực emitter là chung cho cả mạch vào và mạch ra Đây là phương pháp mắc mạch. .. kiện quyết định tần số của mạch Ba kiểu mạch dao động sin cơ bản là mạch dao động bằng khung LC, mạch dao động bằng tinh thể, và mạch dao động RC Các mạch dao động LC sử dụng khung cộng hưởng bằng tụ và cuộn cảm mắc nối tiếp hoặc song song để quyết định tần số Các mạch dao động bằng tinh thể cũng như mạch dao động LC, nhưng mạch dao động tinh thể có độ ổn định cao hơn Các mạch dao động tinh thể và... số thấp thường sử dụng mạch dao động RC, sử dụng mạch điện trở - điện dung để quyết định tần số của mạch dao động Ba kiểu mạch dao động LC cơ bản là mạch dao động Hartley, mạch dao động Colpitts, và mạch dao động Clapp Hình 13.2a, và 13.2b, là hai kiểu mạch Hartley cơ bản Cuộn cảm được mắc rẽ nhánh trong khung cộng hưởng sẽ cho biết đó là các mạch dao động Hartley Nhược điểm của mạch Hartley hồi tiếp... tưởng cho việc sử dụng làm mạch dao động cầu Wien Hệ số khuyếch đại cao của op - amp sẽ bù các suy hao của mạch Câu hỏi mục 13.2: 1 Ba kiểu mạch dao động sin là mạch nào ? 2 Vẽ và ghi tên các sơ đồ mạch của ba kiểu mạch dao động LC 3 Sự khác nhau giữa mạch dao động Colpitts và mạch dao động Hartley là gì ? 4 Độ ổn định của mạch dao động LC có thể cải thiện như thế nào ? 5 Hai kiểu mạch dao động RC dùng . biến áp trong bộ nguồn cung cấp, thì nguồn cung cấp AC chỉ được mắc đến phía sơ cấp của biến áp để cách ly mạch điện tử ra khỏi nguồn cung cấp AC. Khi lựa. nguồn cung cấp AC, để ngắt mạch biến áp ra khỏi nguồn cung cấp AC khi cầu chì đứt. Bằng cách lắp sau chuyển mạch, có thể tháo cầu chì ra khỏi nguồn cung