mạch nguồn tuyến tính

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌCKhoa:Điện-Điện Tử

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN MỘT CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP VÀ

DÒNG ĐIỆN RA ỔN ĐỊNH

Nhóm sinh viên thực hiện: 1 Nguyễn Đình Thuân

2.Chu Thị Thuận

3.Nguyễn Phúc Thịnh

Khóa : 2009-2013

Nghành đào tạo : Điện-Điện tử

Số đơn vị học trình : 2 tín chỉ

Thời gian thưc hiện : 3 Tuần

Nội dung cần hoàn thành:

1. Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ.

2. Nghiên cứu ứng dụng thực tế của thiết bị, đề ra phương án thiết kế, chế tạo.

3. Giới thiệu thông số, ứng dụng của các phần tử trong mạch.

4. Tính toán, lựa chọn các linh kiện.

5. Quy trình thưc hiện chế tạo hoàn thiện.

6. Quyển thuyết minh và các bản vẽ

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Tiến Dũng

Giáo Viên Hướng Đẫn Nguyễn Tiến Dũng

Nhóm thực hiện : Chu Thị Thuận Nguyễn Phúc Thịnh

Nguyễn Định Thuân

1


Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Giáo

Viên Hướng Dẫn




2

Hưng Yên, Ngày….Tháng…..Năm 2010


MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………… 4

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN

TỬ DÙNG TRONG MẠCH.

1. Điện trở......................................................................................................5

2. Tụ điện.......................................................................................................7

3. Diode..........................................................................................................9

4. Máy biến áp ………………………………………………….………....18

5. IC ổn áp.....................................................................................................20

PHẦN 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA

MẠCH

1. Sự cần thiết của mạch.........................................................................31

2. Sơ đồ khối của mạch...........................................................................32

3. Sơ đồ nguyên lý ……………………………………..………....…....32

4. Sơ đô mạch trên Boar.........................................................................33

5. Sơ đồ căm chân……………………………………………....……...33

6. Tính toán chọn lọc linh kiện………………………………………...34

7. Nguyên lý hoạt động …………………………………………….......35

8. Tính điện áp đầu ra………………………………………………….40

Tài liệu tham khảo………………………………………………………….42

KẾT LUẬN…………………………………………..…..............................43




3


Lời mở đầu

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của

con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sự tiện lợi tối ưu

với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại

hoá đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử

đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Trong

đó sự tích hợp các mạch điện – điện tử ngày càng trở nên thiết yếu khi mà công

nghệ ngày càng phát triển hơn tiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạch những mạch

cồng kềnh chiếm nhiều diện tích đã bị loại bỏ dần thay vào dó là các mạc siêu

nhỏ gọn gàng hơn đang đươc ưa chuộng. Bên cạnh đó là những mạch tiện ích

mạch điều khiển thông minh dễ sử dụng đối với con nguời cũng đang được phát

triển rộng Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng

như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và

tinh thần cho con người.

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của

các mạch nguồn chúng em đang tiến hành nghiên cứu và thiết kế mạch nguồn

một chiều bằng IC ổn áp. chúng em sau một thời gian học tập được các thầy cô

giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự

giúp đỡ nhiệt tình của thầy Nguyễn Tiến Dũng chúng em đã thiết kế và xây

dựng mô hình “Mạch nguồn một chiều có điện áp và dòng điện ra ổn định”.

Cùng với sự lỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, kiến thức chưa nhiều

và kinh nghiệm của chúng em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai

sót . Chúng em rất mong được sự giúp đỡ & tham khảo ý kiến của thầy cô và

các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.




4


Phần 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ LOẠI LINH KIỆN

ĐIỆN TỬ

1. ĐIỆN TRỞ

1.1. Khái niệm

Điện trở là linh kiện tụ động không thể thiếu trong các mạch điện và điện

tử, chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng

tuỳ theo vị trí của điện trở trong mạch.

Ký hiệu: R

Biểu thức xác định:

Đơn vị tính: (Ohm)

1.2. Phân loại:

Có 5 loại điện trở chính:

- Điện trở than ép.

- Điện trở than.

- Điện trở màng kim koại.

- Điện trở oxit kim loại.

- Điện trở dây quấn.

1.3. Đặc điểm của điện trở:

- Điện trở làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, do đó trị số thay đổi

khi có dòng chảy qua do có hiện tượng biến đổi năng lượng điện thành năng

lượng nhiệt trên thân điện trở.




5


- Giá trị điện trở còn thay đổi theo thời gian hay trong những điều kiện

đặc biệt theo tần số tín hiệu xoay chiều tác động lên nó.

- Khi có hai hay nhiều điện trở R1, R2,...., Rn mắc nối tiếp nhau thì giá trị

điện trở tổng cộng bằng tổng các điện trở riêng rẽ:

Khi đó: I=I1=I2=...=In

U=U1+U2+...+Un

- Khi mắc hai hay nhiều điện trở R1,R2,...., Rn song song thì điện trở

tương đương của chúng được tính bởi:

Khi đó: U=U1=U2=...=Un

I=I1+I2+...+In

1.4.Hình dạng thực tế một số loại điện trở

Điện Trở

Thường

Điện Trở

Công Suất

Điện Trở

Công SuấtBiến Trở




6


2. TỤ ĐIỆN

2.1. Khái niệm

Tụ điện là một loại linh kiện thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các

mạch điện tử, có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường.

Kí hiệu là C

Biểu thức xác định: Zc = =

Đơn vị tính: Fara (F).

2.2. Hình dạng và trị số của tụ điện

2.3. Phân loại tụ điện

Có rất nhiều phương pháp phân loại, ở đây ta phân loại dựa trên cơ sở

chất chế tạo bên trong tụ diện thì có các loại sau :




7

H.1 H.2 H.3 H.4

C = 10.104 pF = 0,1

F

C = 20.103 pF = 20

nF

U = 25V

C = 0,01

F

U = 50V

C = 1500 pF

U = 1,5KV

H.5 H.6H.7

C = 100 F

U = 50V

C = 10 F

U = 16V

C = 1000 F

U = 25V


- Nhóm tụ mica, tụ selen, tụ cemamic nhóm này làm việc ở khu vực tần số

cao tần.

- Nhóm tụ sứ, sành.giấy dầu: nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trung

bình.

- Tụ hóa làm việc ở khu vực tần số thấp.

2.4. Đặc điểm của tụ điện

- Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn

dòng một chiều.

- Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ.

- Đơn vị đo điện dung của tụ ở mạch: pF(picro Fara),nF(nano Fara),

(micro Fara). điện tử gồm

- Khi sử dụng tụ phải quan tâm đến hai thông số :

Điện dung: Cho biết khả năng chứa điên của tụ.

Điện áp: cho biết khả năng chịu đựng của tụ.

- Ghép nối tiếp: Các tụ C1, C2,..., Cn ghép nối tiếp thì điện dung tương

đương C của bộ tụ có giá trị xác định bởi :

- Ghép tụ song song: Các tụ C1, C2, ..., Cn ghép song song thì điện dung

tương đương C của bộ tụ được xác định bởi:

- Ghép tụ hóa nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nối

cùng cực.

3. DIODE

3.1. Khái niệm




8


Diode bán dẫn có cấu tạo là một chuyển tiếp p-n với hai điện cực nối ra,

cực nối ra từ miền p gọi là Anôt (A), cực nối ra từ miền n gọi là katôt (K).

Kí hiệu:

Hình dạng thật của diode

Cấu tạo bên trong

Khi diode có điện thế Anôt dương hơn so với Katôt, ta nói diode được

phân cực thuận, diode dẫn điện.

Ngược lại, khi diode có điện thế Anôt âm hơn so Katôt thì diode bị phân

cực ngược, diode không có dòng điện đi qua.

3.2.Tính chất của diode




9


Diode chỉ dẫn điện theo một chiều từ anot đến katot theo nguyên lý dòng

điện chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp muốn có dòng điện qua

diode theo chiều từ nơi có điện thế cao đén nơi có điện thế thấp cần phải đặt ở

anot một điện thế cao hơn ở katot.Khi đó UAK>0 và ngược chiều với điện áp tiếp

xúc (UTX).Như vậy muốn có dòng điện qua diode thì điện trường do UAK sinh

ra phải mạnh hơn điện trường tiếp xúc,tức la UAK>UTX.Khi đó một phần của

điện áp UAK dùng đẻ cân bằng với điện áp tiếp xúc (khoảng 0,6 V)phần còn lại

dùng để tạo dòng điện thuận qua diode.

Khi UAK>0,ta nói diode phân cực thuận và dòng điện qua diode lúc đó gọi là

dòng điện thuận (chiều từ A sang K).

Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì diode trở nên dẫn điện rất tốt,

tức là điện trở của diode lúc đó rất thấp (khoảng vái chục ohm).Do vậy phần

điện áp để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần điện áp

dùng để cân bằng với UTX. Thông thường phần điện áp dùng để cân bằng với

UTX cần khoảng 0.6V và phần điện áp tạo ra dòng thuận khoảng 0.1-0.5V tùy

theo dòng thuận vài chục mA hay lớn đến vài Ampe.Như vậy giá trị của UAK đủ

đẻ có dòng qua diode khoảng 0.6-1.1V.

Ngưỡng 0.6V là ngưỡng diode bắt đầu dẫn và UAK=0.7V thì dòng qua diode

khoảng vài chục mA.Nếu diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ngươc

tư K-A.Thực tế vẫn tồn tại dòng ngược nếu diode bị phân cưc ngược với hiệu

điện thế lớn.Tuy nhiên dòng ngược rất nhỏ cõ µA và thường không thường quan

tâm tới cac ứng dụng công nghiệp.Mọi diode chỉnh lưu đều không dẫn điện theo

chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn thì diode bị đánh thủng,dòng điện

qua diode tăng nhanh và đốt cháy diode . và vậy khi sử dụng tuân thủ 2 điều

kiện sau :

- Dòng điện thuận qua diode không được lớn hơn giá trị tối đa cho phép




10


- Điên áp phân cực ngược ( UAK ) không được lớn hơn VBR (một ngưỡng đánh

thủng )

VD : Diode 1N4007 có thông số kĩ thuật do hãng sản xuất như sau

VBR =1000V , IF MAX =1A , VF=1,1V khi IFMAX =IF

Cho biết :

- Dòng điện thuận không được lớn hơn 1A

- Ungược MAX đạt vào diode không được lớn hơn 1000V

- Uthuận (UAK ) có thể tăng đến 1,1V nếu Ithuận = 1A

Lưu ý đối với diode chỉnh lưu chung thì UAK = 0,6V thì diode bắt đầu dẫn điện

và khi UAK = 0,7V thì dòng qua diode đạt đến vài chuc mA

3.3. Đặc tuyến Von – Ampe của diode bán dẫn.

Nối tiếp diode bán dẫn với một nguồn điện áp ngoài qua một điện trở hạn

dòng theo sơ đồ sau: (diode được phân cực thuận)

Thay đổi điện áp ngoài và đo dòng điện qua diode ta thu được đặc tuyến Von-

Ampe của diode bán dẫn như sau:




11


Đặc tuyến Von-Ampe của diode được chia làm 3 vùng:

- Vùng 1: Ứng với trường hợp phân cực thuận, điện áp nhỏ, dòng điện lớn,

điện trở nhỏ ( ).

- Vùng 2: Diode phân cực ngược ( khoá), điện áp vài chục đến vài trăm vol,

dòng điện nhỏ và điện trở lớn (K ).

- Vùng 3: Vùng đánh thủng, dòng điện tăng đột ngột, điện áp hầu như

không tăng. Nguyên nhân do nhiệt độ quá cao hoặc điện áp ngược quá lớn

dẫn đến diode mất tính chất van dẫn điện theo hai chiều.

Các tham số giới hạn của diode :

- Điện áp ngược cực đại để diode còn thể hiện tính chất van (chưa bị đánh

thủng): U ( thường giá trị U chọn khoảng 80% giá trị điện áp

đánh thủng U .

- Dòng điện cho phép cực đại qua van lúc mở: I

- Công suất tiêu hao cực đại cho phép trên van để chưa bị hỏng vì nhiệt: P

- Tần số giới hạn của điện áp (dòng điện) đặt lên van để nó còn có tính chất

van: f




12


3.4. Diode phát quang

Khi một diode được phân cực thuận, các điện tử từ bán dẫn loại n sang

lấp đầy lỗ trống trong bán dẫn loại p tạo ra dòng điện thuận. Đối với diode bình

thường chế tạo từ Ge và Si thì sự tái hợp giữa điện tử và lỗ trống tạo ra năng

lượng dưới dạng nhiệt.

Diode phát quang (LED) là loại diode dùng các chất bán dẫn đặc biệt như

Ga,As. Với các chất này sự tái hộ điện tử và lỗ trống sẽ tạo ra ánh sáng.

Tuỳ theo chất bán dẫn mà LED phát ra ánh sáng có màu khác nhau như

vàng, xanh lá, đỏ,.... Điện áp ngưỡng của LED: Vz=1,7 2,2V. Dòng điện: ID =

5mA 20mA.

LED dùng trong các mạch chỉ thị, cho biết trạng thái của mạch như báo

nguồn, báo mức logic, báo âm lượng,...

3.5. Ứng dụng của diode

Diode được ứng dụng nhiều trong các mạch điện tử :

- Dùng để chỉnh lưu, ổn định điện áp.

- Dùng hạn biến tín hiệu tránh được nhiễu.

- Dùng để tách sóng tín hiệu ra khỏi sóng mang cao tần.

- Dùng để chọn cộng hưởng đài.

* Mạch chỉnh lưu

* Diode chỉnh lưu

Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện có các thiết bị điện tử, dùng để biến đổi

dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Các mạch chỉnh lưu có thể

dùng trong các bộ nguồn cấp điện, và trong các mạch tách sóng của tín hiệu vô

tuyến. Các mạch chỉnh lưu có thể được lắp bằng các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh

lưu thủy ngân và các kỹ thuật khác.




13


Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện có các thiết bị điện tử, dùng để biến

đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Các mạch chỉnh lưu

có thể dùng trong các bộ nguồn cấp điện, và trong các mạch tách sóng của

tín hiệu vô tuyến. Các mạch chỉnh lưu có thể được lắp bằng các điốt bán

dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân và các kỹ thuật khác.

Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng

cách khóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua

mạch điện, thì thuật ngữ "chỉnh lưu" và "điốt" có thể được xem như là

một. Đa số các mạch chỉnh lưu sử dụng nhiều điốt với các cách sắp xếp

khác nhau để có thể biến đổi từ xoay chiều thành một chiều tốt hơn

trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ. Trước khi các điốt bán dẫn phát triển,

người ta còn dùng các mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chân không ,

đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni.

Các máy truyền thanh vô tuyến đầu tiên, người ta gọi là các máy tinh thể, dùng

một sợi "râu mèo" hoặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một điểm trên một khối

tinh thể galena (sunphát chì) để tạo ra một điốt tiếp điểm, hoặc một bộ tách sóng

tinh thể. Trong hệ thống sấy đốt khí, các bộ phát hiện lửa có thể dùng. Hai điện




14


cực trong một vỏ bọc kín có thể sản sinh ra dòng điện và có thể chỉnh lưu được

một dòng điện xoay chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn lửa.

Mạch chỉnh lưu nửa sóng

Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể

dễ dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp

đặt của điốt. Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa

sóng có hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch hỉnh lưu nửa sóng có thể lắp

bằng chỉ một đi ốt bán dẫn trong các mạch nguồn một pha

Mạch chỉnh lưu cả sóng

Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng

đầu vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch

điện không có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điốt thay vì một như

trong mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ

cần đến 2 điốt để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1

cho trường hợp điểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả

là phải cần đến 4 điốt. Các điốt dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu.

Bộ chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả 2 nửa chu kỳ thành một điện áp đầu ra có

một chiều duy nhất: dương (hoặc âm) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của




15


nửa chu kỳ âm (hoặc dương)của dạng sóng xoay chiều. Nửa còn lại sẽ kết hợp

với nửa kia thành một điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh.

Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2

điốt nối đâu lưng với nhau (nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-với-

cathode)có thể thành một mạch chỉnh lưu toàn sóng.

Một mạch chỉnh lưu dùng đèn chân không thông dụng sử dụng một đèn có 1

cathode và 2 anode trong cùng một vỏ bọc; Trong trường hợp này, 2 điốt chỉ cần

một bóng chân không. Các đèn 5U4 và 5Y3 là những thí dụ thông dung nhất cho

kiểu mạch này.

Mạch điện ba pha cần đến 6 điốt. Thông thường cần 3 cặp, nhưng không phải

cùng loại với điốt đôi sử dụng trong chỉnh lưu một pha toàn sóng. Thay vào đó

người ta dùng cặp điốt nối tiếp với nhau (cathode nối với Anode. Thường thì các

điốt đôi sẽ được bố trí ra 4 chân, để có thể tùy ý đấu nối cho mạch chỉnh lưu

toàn sóng một pha, hay mạch cầu một pha và ba pha




16


Hầu thết các thiết bị phát sinh ra dòng điện xoay chiều (như máy phát điện xoay

chiều) đều phát ra điện ba pha. Máy phát điện trên xe ô tô có 6 điốt lắp kiểu

chỉnh lưu cầu ba pha để chỉnh lưu thành dòng điện một chiều, nạp điện cho bình

ắc quy

* Ứng dụng của mạch chỉnh lưu - Một điốt chỉnh lưu và các phụ kiện giải

nhiệt.

Ứng dụng cơ bản nhất của mạch chỉnh lưu là trích xuất thành phần điện một

chiều hữu dụng từ nguồn xoay chiều. Thực tra hầu hết các ứng dụng điện tử sử

dụng nguồn điện một chiều, nhưng nguồn cung cấp lại là dòng điện xoay chiều.

Vì thế các mạch chỉnh lưu được sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết

các thiết bị điện tử.

Mạch biến đổi điện một chiều từ điện áp này sang điện áp khác sẽ phức tạp hơn.

Một trong những phương pháp đổi từ điện một chiều sang điện một chiều là: đầu

tiên chuyển từ một chiều thành xoay chiều, (dùng một mạch nghịch lưu)sau đó

đưa qua máy biến áp để thay đổi điện áp, và cuối cùng là chỉnh lưu lại thành

điện một chiều.

Các mạch chỉnh lưu cũng được ứng dụng trong mạch tách sóng các tín hiệu vô

tuyến điều biến biên độ. Tín hiệu có thể cần hoặc không cần khuếch đại trước

khi tách sóng. Nếu tín hiệu nhỏ quá, phải sử dụng các điốt có điện áp rơi rất

thấp. Trong trường hợp này các tụ và điện trở tải phải lựa chọn cẩn thận cho phù

hợp. Trị số tụ điện thấp quá sẽ làm cho sóng cao tần lọt sang đầu ra. Chọn cao

quá, nó có thể nạp đầy và giữ nguyên điện áp đã được nạp.




17


Điện áp ra của một mạch chỉnh lưu toàn sóng với các thyristor được điều khiển.

Các mạch chỉnh lưu cũng được sử dụng để cấp điện có cực tính cho máy hàn

điện. Các mạch như thế này đôi khi thay thế các điốt trong cầu chỉnh lưu bằng

các Thyristor. Các mạch này sẽ có điện áp ra phụ thuộc vào góc kích mồi.

4. MÁY BIẾN ÁP

4.1 Khái niệm

Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) và không làm thay

đổi tần số của nó.

4.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

a. Cấu tạo:

- Gồm có hai cuộn dây : cuộn sơ cấp có N1 vòng và cuộn thứ cấp có N2 vòng.

Lõi biến áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh

dòng Fu-cô và tăng cường từ thông qua mạch

Hình 2 Hình dạng và kí hiệu

- Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của

máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại.

- Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ

điện.

- Trong thực thế thì máy biến áp có dạng như hình 1, còn trong việc biểu diễn sơ

đồ máy biến áp thì có dạng như hình 2




18


b. Nguyên tắc hoạt động:

- Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Nó gây ra sự biến thiên

từ thông trong hai cuộn. Gọi từ thông này là: φ = φ0cosωt

- Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là :

φ1 = N1φ0cosωt và φ2 = N2φ0cosωt

- Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu thức

Từ đó ta thấy nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm

ứng điện từ.

4.3. Khảo sát máy biến áp

Gọi N1. N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.

Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.

Trong khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi

vòng dây của cả hai cuộn suất điện động bằng:

Suất điện động trên một cuộn sơ cấp là:

Suất điện động trên cuộn thứ cấp:

=> Tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương ứng




19


Tỉ số không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta

được (1)

Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên , khi mạch thứ cấp hở nên

, (2)

Từ (1) và (2) ta được (*)

• Nếu N2 > N1 => U2 > U1 : gọi là máy tăng áp.

• Nếu N2 < N1 => U2 < U1 : gọi là máy hạ áp.

Vì hao phí ở máy biến áp rất nhỏ, coi như công suất ở 2 đầu cuộn thứ cấp và sơ

cấp như nhau.

, (**)

Từ (*) và (**) ta có

Kết luận: Dùng máy biến áp tăng điện áp bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện

giảm bấy nhiêu lần và ngược lại.

5. IC ỔN ÁP

5.1 Giới thiệu chung về IC

IC là một mạch điện tử mà các thành phần tác động và thụ động đều được chế

tạo kết tụ trong hoặc trên một đế hay thân hoặc không thể tách rời nhau được.

Đế này, có thể là một phiến bán dẫn (hầu hết là Si) hoặc một phiến cách điện.




20


Một IC thường có kích thước dài rộng cỡ vài trăm đến vài ngàn micron, dày cỡ

vài trăm micron được đựng trong một vỏ bằng kim lọai hoặc bằng plastic.

Những IC như vậy thường là một bộ phận chức năng tức là một bộ phận có khả

năng thể hiện một chức năng điện tử nào đó. Sự kết tụ các thành phần của mạch

điện tử cũng như các bộ phận cấu thành của một hệ thống điện tử vẫn là hướng

tìm tòi và theo đuổi từ lâu trong ngành điện tử. Nhu cầu của sự kết tụ phát minh

từ sự kết tụ tất nhiên của các mạch và hệ thống điện tử theo chiều hướng từ đơn

giản đến phức tạp, từ nhỏ đến lớn, từ tần số thấp (tốc độ chậm) đến tần số cao

(tốc độ nhanh). Sự tiến triển này là kết quả tất yếu của nhu cầu ngày càng tăng

trong việc xử lý lượng tin tức ngày càng nhiều của xã hội phát triển.

5.2. IC dùng trong đồ án

Linh kiện ổn áp là thành phần không thể thiếu trong các mạch ổn áp, mạch

nguồn trong kỹ thuật điện tử.

Trong phần diode bán dẫn đã có 1 loại diode chuyên dụng để ổn áp là Zenner.

Tuy nhiên, loại diode này có nhược điểm là điểm là cho dòng điện nhỏ ( ≤

20mA . Do đó xuất hiện 1 loại linh kiện mới là linh kiện ổn áp họ 78XX và

79XX.

+ Họ 78xx là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương. Còn xx là giá trị điện áp

đầu ra như 5V, 8V...

+ Họ 79xx là họ ổn định điện áp đầu ra là âm. Còn xx là giá trị điện áp đầu ra

như : -05V,-08V..

Sự kết hợp của hai con này sẽ tạo ra được bộ nguồn đối xứng.

Về mặt nguyên lý nó hoạt động tương đối giống nhau. Bây giờ ta xét từng con

xem sao!




21


5.3.Cấu tạo- Nguyên tắc hoạt động

a.IC 78XX

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

Tùy loại IC 78 mà nó ổn áp đầu ra là bao nhiều.

ví dụ : 7806 - 7809...

+ 78xx gồm có 3 chân :

1 : Vin - Chân nguồn đầu vào

2 : GND - Chân nối đất

3 : Vo - chân nguồn đầu ra.

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

điện áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần người ta mắc thêm

Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ dưới đây




22

http://hoiquandientu.com/images/stories/Dien-tu-can-ban/78xx-79xx/78xx-1.GIF


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

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 đèn tăng , và ngược

lại ...

Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng dãi và người ta

đã sản xuất các loại IC họ LA78.. để thay thế cho mạch ổn áp trên, IC LA78.. có

sơ đồ mạch như phần mạch có mầu xanh của sơ đồ trên




23



Những dạng seri của 78XX

LA7805 IC ổn áp 5V




Đây là dòng cho điện áp ra tương ứng với dòng là 1A. Ngoài ra còn các seri

khác chịu được dòng

78xx +5V --> +24V. Dòng 1A

78Lxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V. Dòng 0.1A

78Mxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V. Dòng 0.5A

78Sxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V. Dòng 0.2A

Cách xác định chân:

78xx là ic có 3 chân và các seri khác nhau thì nó chung thứ tự chân.

Đây là sơ đồ xác định chân




24



Sơ đồ cấu trúc của 78XX

Nguyên lý hoạt động của 78XX

Dòng điện DC qua tụ lọc đến chân 1 của IC (tức là đến chân C của transistor

lúc này transistor chưa hoạt động (chưa dẫn) . Nhờ điện trở R tạo dòng định

thiên cắt mở chân B của transistor , nên transistor dẫn .Do chân B của

Transistor nối qua điode zenner ( điện áp khoảng 4.5 V ) xuống mát sẽ ghim

mức điên áp ra ở chân E của transirtor ( chân 3 của IC ) là giá trị dương .

Điện áp đặt trước IC 78XX phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V ~ 2V .Họ

IC 78xx chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi giáp IC trong mạch

thì U in > Uout từ 3V~5V khi đó IC mới phát huy tác dụng .

b.79XX

Cũng như họ 78 thì họ 79 có hoạt động tương tự những điện áp đầu ra là

âm (-) trái ngược với họ 78. Cũng có nhiều loại mức ổn áp đầu ra : 7905,

7906... với dòng chụi là 1A và 0.1A




25


Xác định chân thì nó không giống với 78 nó được theo thứ tự như hình sau đây!

Sơ đồ cấu trúc của 79xx

Nguyên lý hoạt động 79XX

Dòng điện DC qua tụ lọc đến chân 2 của IC ( chân E của transistor ) lúc này

transistor chưa dẫn. Nhờ R tạo thành dòng định thiên góc mở chân B của

transistor lúc này transistor dẫn .Do chân B của transistor nối qua diode zenner

( điên áp khoảng 4.5 V ) xuống mát ( chân 1 ) se ghim mức điện áp ra ở chân C

của transistor ( chân 3 của IC) cho điện áp có giá trị âm .




26




c. Ứng dụng của 78XX và 79XX vào mạch nguồn

Trong các bộ nguồn thì 78 và 79 được sử dụng rất nhiều trong các mạch

nguồn để tạo điện áp đầu ra mong muốn đặc biệt những thiết bị này cần điện áp

đầu vào cố định ko thay đổi lên xuống! Đây là mạch nguyên lý của 78 và 79.

d.Datasheet của IC dùng trong đồ án




27





28





29





30


PHẦN 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

CỦA MẠCH.

1. Sự cần thiết của mạch

Trong các mạch điện tử của các thiết bị như Radio -Cassette, Âmlpy, Ti vi mầu,

Đầu VCD v v… chúng sử dụng nguồn một chiều DC ở các mức điện áp khác

nhau, nhưng ở ngoài zắc cắm của các thiết bị này lại cắm trực tiếp vào nguồn

điện AC 220V 50Hz , như vậy các thiết bị điện tử cần có một bộ phận để chuyển

đổi từ nguồn xoay chiều ra điện áp một chiều.




31


Nguồn điện là thành phần không thể thiếu được trong các mạch điện tử và nó

đóng thành phần quan trọng ảnh hưởng tới hoạt động của mạch. Việc cung cấp

nguồn điện 1 chiều có điện áp 5V, 6V, 9V, 12V, 15V,18V, 24V để cung cấp cho

các thiết bị điện tử thông dụng chạy điện 1 chiều. Do ngoài thực tế do nguồn

điện chúng ta không ổn định so với giá trị yêu cầu ở lý thuyết nên ổn áp lại 1 giá

trị điện áp đầu ra không thay đổi để cho mạch điện chúng ta hoạt động ổn định

và chính xác.

2. Sơ đồ khối của mạch

Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn.

3. Sơ đồ nguyên lý




32


4. Sơ đồ trên boar

5. Sơ đồ cắm chân




33


6. Tính toán chọn lọc linh kiện

6.1. Máy biến áp:

Yêu cầu đề bài điện áp ra ổn định tối đa là 12VDC, mà điện áp đầu vào

220VAC nên ta có thể sử dụng máy biến áp: 220VAC-24VAC-3A hoặc

220VAC-12VAC-1A....Trong đề tài này chúng em chọn 220VAC-24VAC-3A

vì sẵn có trong bộ linh kiện của chúng em.

6.2. Diode:

Các IC ổn áp trong mạch nguồn này có IRa tối đa là 1A nên lựa chọn diode

1N4007 hoặc 1N4004 vì IThuận của diode này không được lớn hơn 1A.

Trong đề tài này chúng em lựa chọn diode 1N4007 .

6.3. Tụ điện

Tụ có điện dung lớn để san phẳng điện áp để làm giảm độ gợn sóng .

Chọn tụ có giá trị của tụ lọc tính gần đúng theo biểu thức sau

C= 1/(mdm .W.R .Kdm Ra)

Ta có : trong mạch chỉnh lưu cầu 4 diode : mdm= 2

Để cho sóng ra bằng phẳng người ta chọn : Kdm =0.1

W = 2πf = 2π.50 =100π (rad/s)




34


Khi IMAX =1A và U Ra Max = 24V thì có : Z= 24/1 =24 Ω

Vì dòng điện ra là dòng một chiều nên ta có Z = Rt =24Ω

→ C =1/(mdm.W.Kdm.R) = 1/(2.100π.24.0,1 ) =6,7 .10-4 F=670 µF

Với giá trị như vậy ta có thể chọn tụ là: 1000µF ; 2200µF

- Chọn tụ lọc cao tần là tụ gốm 104 vì tụ này có tần số lọc lớn

f= 1/(2π .Xc .C )

6.4 . Chọn điện trở để hạn dòng đầu ra

Với điện áp đầu ra một chiều càng lớn thì chọn giá trị của điện trở càng cao

7. Nguyên lý hoạt động của mạch

7.1. Phân tích mạch điện

Mạch điện gồm những phần sau : Hạ áp, chỉnh lưu, lọc, biến đổi (78xx). Nguồn

điện xoạy chiều 220VAC-50Hz qua biến áp là hạ áp xuống còn 24VAC - 1A và

được qua bộ chỉnh lưu nhằm biến đổi xoay chiều thành 1 chiều. THành phần 1

chiều này có độ gợn nên phải qua bộ lọc C để san phảng điện áp gợn đó cho ra

điện áp 1 chiều. Sau đó điện áp 1 chiều này qua bộ ổn áp 78xx cho ra điện áp

ổn áp mà mình cần.

7.2. Nguyên lý hoạt động

a..Khối hạ áp




35


Ở đây chúng ta biến đổi điện áp lưới 220VAC-50Hz xuống còn 24VAC - 3A.

Mục đích là cấp đầy vào cho bộ biến đổi và bộ lọc để có điện áp một chiều

mong muốn.

b. Chỉnh lưu

Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu 1 chiều

thông qua 4 con diode chỉnh lưu. Đây là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì với dạng sóng

đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau:

Dạng điện áp sau chỉnh lưu nó vẫn còn các sóng nhấp nhô như ngọn núi và dạng

điện áp này vẫn được coi là điện áp 1 chiều nhưng chưa ổn định.

c. Mạch lọc bằng tụ điện

Có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U3 thành điện áp một chiều

U4 ít nhấp nhô hơn .

Khi điện áp một chiều tăng từ 0 đến V MAX , tụ diện được nạp điện đến giá trị

Uc = UMAX .




36


Khi điện áp ra giảm từ đỉnh về 0, tụ điện xả điện bù vào sự giảm điện áp trên

phụ tải . nhờ vậy mà duy trì được mức điện áp theo thời gian , giảm đọ gợn

sóng của điện áp một chiều đập mạch , đồng thời giá trị trung bình của điện áp

một chiều ở ngõ ra cũng tăng lên .

Điện áp ra một chiều có một độ gợn sóng nhỏ phụ thuộc vào tải .nếu dòng tải

nhỏ tụ phóng điện yếu do độ gợn sóng nhỏ nếu dòng tải lớn tụ điện phóng điện

nhiều hơn do đó độ gợn sóng lớn độ gơn sóng cũng phụ thuộc vào điện dung của

tụ điện.

Tác dụng của tụ :

Trong dòng điện một chiều đập mạch U3 gồm cả 2 thành phần một chiều

và xoay chiều còn xót lại do đặc tính của tụ điện chỉ cho dòng xoay chiều

đi qua mà không cho dòng một chiều đi qua

Nếu chọn C có trị số tương đối lớn thì XC khá nhỏ

Nếu thành phần AC sẽ qua tụ xuống mát mà không đi qua tải .

Thành phần một chiều không thể qua tụ C nên toàn bộ đi qua tải.

Vì vậy trong mạch các tụ có giá trị lớn có nhiệm vụ san bằng mức điện

áp cao ; tụ có giá trị nhỏ 104 có giá trị lọc sung đột biến .




37


Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có tụ và

không có tụ

Sơ đồ trên minh hoạ các trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có tụ

lọc.

Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia , vì vậy điện

áp thu được có dạng nhấp nhô.

Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia

lọc nguồn , kết quả là điện áp đầu ra được lọc tương đối phẳng, nếu tụ

C1 có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng, tụ C1

trong các bộ nguồn thường có trị số khoảng vài ngàn µF .




38


Minh hoạ : Điện dụng của tụ lọc càng lớn

thì điện áp đầu ra càng bằng phẳng.

Dạng điện áp sau khi qua bộ lọc

Dựa vào nguyên tắc phóng nạp của tụ điện mà nó cho ra dòng điện 1

chiều thằng như trên hình vẽ. Tụ càng lớn thì độ gợn điện áp càng giảm.

NHững sóng có tần số cao tần phải được lọc đi nhờ 2 tụ kẹo C2 và C4 vì

trong mạch dùng IC nếu tồn tại những thành phần này thì sẽ gây ra những

sai sót khó phát hiện làm cho mạch hoạt động không bình thường.

Qua bộ lọc là ta đã tạo được điện áp 1 Chiều cấp vào cho bộ biến đổi đổi

hay là bộ ổn áp.




39


d. Bộ ổn áp bằng IC 78XX

Dòng họ 78xx cho ra nhiều loại ổn áp điện khác nhau : như 7805 nó ổn áp

5V, 7806 cho ổn áp 6V...

+ Điện áp đầu vào của họ 78xx là điện áp 1 chiều và max <=40V. Dòng điện

không vượt quá 1A

+ Dòng đỉnh là 2.2A

+ Công suất tiêu tán cực đại không dung tản nhiệt là 2W

+ Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W

+ Đảm bảo thông số là : Vi - V0 = 2V đến 3V ( lúc đó mạch mới hoạt động

ổn áp được)

+ Tản nhiệt tốt cho 78xx. Khi hoạt động với tải thì 78xx rất nóng. Đối với

cấp điện áp là 29V thì 78xx nóng khi có tải và chú ý tản nhiệt tốt cho nó.Để

nóng quá sinh ra phá 78xx.

9. Tính toán điện áp ra

Điện áp đầu vào máy biến áp là : U1 =220V AC

Qua máy biến áp thì điện áp là : U2 = 24V AC

Qua diode chỉnh lưu thì : U3 = U2 .sqrt 2= 24 .sqrt 2 = 34 V DC

Điện áp sụt trên cầu là: 34 V DC – 1.5 V DC = 32.5V DC ( do đi qua 2

diode nên mỗi diode bị sụt áp mất 0.7 V )




40


Điện áp sau chỉnh lưu là Uc =32,5 .0,9 = 29V DC ( 0,9 là hệ số chỉnh lưu

của chỉnh lưu cầu )

Điện áp trên đi qua IC ổn áp : 7805 thu được điện áp 5V DC

7809 thu được điện áp 9V DC

7812 thu được điện áp 12V DC.




41


TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Sách linh kiện điện tử tác giả: Giảng viên LÊ THỊ HỒNG THẮM (2007)

Trường đại học công nghiệp TPHCM

- Sách sơ đồ chân linh kiện bán dẫn tác giả: DƯƠNG MINH TRÍ, xuất bản

lần thứ 5 nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

- Tìm trên internet (google.com; tailieu.vn; dientuvietnam.vn ;

hoiquandientu.vn).

- Data sheet




42


KẾT LUẬN

Trong quá trình thực hiện đồ án do cũng gặp nhiều khó khăn thực tế phát sinh

khi thiết kế chế tạo mạch nên mạch của chúng em đạt độ chính xác chưa cao

Sau một thời gian làm đồ án chúng em đã rút ra được rất nhiều kinh nghiệm

cho bản thân, đó cũng là nhờ vào sự chỉ dạy nhiệt tình của các thầy cô và sự góp

ý của các bạn.

Sau cùng một lần nữa chúng em xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn đối với

thầy Nguyễn Tiến Dũng và thầy cô trong khoa, các bạn đã giúp chúng em hoàn

thành đồ án này.




43





44





45





46

Documents

mạch nguồn tuyến tính