Đề tài Tìm hiểu thiết kế nguồn một chiều biến đổi từ 0v đến 15v

Lời nói đầu Ngày nay, với sự phát triển mạch mẽ của nền khoa học công nghệ đời sống con người ngày càng được cải thiện và nâng cao. Những ưng dụng của công nghệ không chỉ vào công nghiệp mà còn trong cả đời sống hàng ngày của con người .Từ những ứng dụng của các hệ thống thì cần cung cấp một điện năng để vận hành dưới dạng điện áp và dòng điện. Do đó, điện cung cấp trên các mạch phải được điểu chỉnh và chuyển đổi thành các đại lượng điện áp và dòng điện sao cho phù hợp với các mạch điện tử và số. Là sinh viên kỹ thuật nói chung và ngàng kỹ thuật điện tử nói riêng, việc nắm bắt công nghệ và ứng dụng của chúng vào đời sống là vô cùng quan trọng để theo kịp công nghệ mới ra. Do đó, việc nghiên cứu , tìm tòi và nắm bắt chúng là một điều tất yếu . Xuất phát từ thực tế và yêu cầu của thầy cô giao cho , chúng em đã bắt tay sưu tầm và tìm hiểu về đề tài thầy cô giao cho là “ thiết kế nguồn một chiều biến đổi từ 0v đến 15v”.Do trình độ hạn chế và nhận thức còn kém nên sản phẩm của chúng em còn nhiều thiếu sót nên mong được sự đóng góp và quan tâm giúp của thầy cô và bạn bè .Để sản phẩm của chúng em được hoàn thiện và được ứng dụng nhiều vào đời sống. Xin chân thành cảm ơn thầy cô chú ý và quan tâm đề tài của chúng em! Sinh viên thực hiện I.Mục tiêu, phân tích yêu cầu và phương án thực hiện Mục tiêu Hoàn thành được đề tài được giao theo đúng yêu cầu và thời gian quy định, sản phẩn phải gọn nhẹ, hiệu quả ứng dụng cao và kinh tế, dễ lắp ráp và thay thế . Qua đó có thể hiểu biết thêm về các linh kiện cũng như ứng dụng của chúng vào thực tế. 1.2 Yêu cầu của đề tài Yêu cầu của đề tài là: Thiết kế mạch điện một chiều biến đổi từ 0v đến 15v sử dụng các linh kiện có sẵn trên thị trường, thi công phân tích nguyên lý hoạt động của mạch .Từ đó đưa vào thực tế. 1.3 Phương án thực hiện Trước hết, phải phân tích yêu cầu của đề tài được giao. Nắm bắt dõ được mục đích và yêu cầu của đề tài. Để từ đó có sở để bắt tay vào công việc sưu tầm, tìm tòi mạch của một số anh chị khóa trước cũng như tìm trên mạng internet để từ đó làm cơ sở cho việc xây đựng và thiết kế đề tài cho nhóm. Khi đó có cơ sở để thực hiện nhóm sẽ bắt tay vào công việc xây dựng mạch trên mô hìnhvừa chọn lọc và thiết kế theo nhiều phương án để tìm ra phương án tối tối ưu nhất cho việc thiết kế và thi công mạch sau nay. Sau khi đã xây dựng được mạch chạy trên mô hình thì nhóm sẽ bắt tay vào việc xây dựng và hoàn mạch sao cho hiệu quả kinh tế nhất. II.Cơ sở lý thuyết 2.1 Tổng quan về một linh kiện có trong mạch 2.1.1 Máy biến áp Máy biến thế có thể thay đổi hiệu điện thế xoay chiều, tăng thế hoặc hạ thế, đầu ra cho 1 hiệu điện thế tương ứng với nhu cầu sử dụng. Máy biến áp được sử dụng quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa. Ngoài ra còn có các máy biến thế có công suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp) dùng để ổn định điện áp trong nhà, hay các cục biến thế, cục xạc, ... dùng cho các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (230 V sang 24 V, 12 V, 3 V, ...). Bài này hướng dẫn các pác tự quấn lấy 1 cái máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng của mình. Không cần phải đi mua cho dù nó rẻ hơn. Hình ảnh minh họa máy biến áp được quấn xong Để quấn được máy biến áp thì chúng ta cần phải lưu ý mấy vấn đề cơ bản sau đây :+ Công suất biến áp+ Điện áp đầu vào + Điện áp đầu ra+ Tổn hao của máy biến áp+ Quan trọng hơn nữa cần để ý đến vật tư quấn máy biến ápa. Máy biến áp Máy biến áp có cấu tạo rất đơn giản nó gồm những phần sau : + Thứ 1 : Nó có 1 cuộn dây sơ cấp. Đây là cuộn dây đầu vào. Điện áp đầu vào được đưa vào cuộn dây này.+ Thứ 2 : Cuộn dây sơ cấp. Đây là cuộn dây đầu ra. Điện áp đầu ra được lấy từ cuộn dây này+ Thứ 3: Lõi sắt hay Ferit. Đây cũng là gông đỡ cho biến áp và là phần cảm ứng giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấpMáy biến áp nó cấu tạo gồm 3 phần chính đó. Chỉ có điện áp xoay chiều mới truyền được qua biến áp chuẩn nhất là điện áp hình sin. b ) Tính toán các thông số của máy biến áp b.1) Xác định thiết diện thực của lõi sắt (trụ) : So (cm2)Do các lá thép hình chữ E ghép lại có lớp các điện nên do đó ta phải trừ đi cái lớp cách điện đó do đó thì thiết diện thực của lõi sắt sẽ là : So = k.Svới S là thiết diện của phần giữa lõi sắt (Vuông hay chữ nhật ) : S = a.b (cm2) ( Đây là thiết diện tử thông móc vòng xuyên qua các bộ cuộn dây)k= 0.9 đối với lá thép E có bề dầy là 0.35mmk=0.93 đối với lá thép E có bề dầy là 0.5mmk= 0.8 - 0.85 nếu lá thép bị han rỉ và lồi lõm* Công suất của biến áp theo thiết diện thực P = (S0/1.1)2 ==> So = sqrt (P) / 1.1 Thông thường mọi người hay chọn lõi hình vuông hay chữ nhật nên ta có độ rộng của bản : c = sqrt (So) Từ đó ta chọn công suất biến áp cần quấn ==> Xác định được kích thước của lõi sắt.b.2) Tính số Vòng/Von : nvCái này ta phải chọn cảm ứng từ B hay từ thông và dựa theo công thức tính sức điện động ta sẽ tính được số vòng/ vonnv = 45 / B.So (V/von)Ở đây thì 45 là hệ số phụ thuộc vào tần số và bản chất lõi. Cái giá trị này mọi người thường chọn trong giả từ (35-50) Nhưng theo kinh nghiệm thấy mọi người chọn 45.B ở đây là cảm ứng từ nó được chọn theo lá thép kĩ thuật điện tùy thuộc vào lường silic trong thép nhưng mà thông thường giá trị B này từ (1T đến 1.2T) và có khi là từ (1.4T - 1.6T)b.3) Xác định số vòng dây quấnĐể xác định được số vòng dây quấn ta phải biết được điện áp đầu vào và điện áp đầu ra cần lấy.+ N1 là số vòng dây quấn của cuộn dây sơ cấp+ N2 là số vòng dây quấn của con dây thứ cấp+ U1 là điện áp đầu vào+ U2 là điện áp đầu raTheo công thức tính ta sẽ được như sau : N1 = U1.nvN2 = 1.1.U2.nv Giá 1.1 đây là giá trị chênh lệch công suất do tổn thấtb.4) Tính toán tiết diện của dây quấn thứ cấp và sơ cấpTiết diện của dây quấn được chọn theo mật độ dòng điện J. Mật độ dòng điện J được chọn phù hợp để phù hợp với điều kiện làm việc và nhiệt độ của dây dẫn trong khoảng cho phép.Tôi có tham khảo 1 số cách chọn mật độ dòng nhiệt J theo công suất+ Với J = 4 (A/mm2) - Công suất từ (0 - 50 VA)+ Với J = 3.5 (A/mm2) - Công suất từ ( 50 - 100VA)+ Với J = 3 (A/mm2) - Công suất từ (100 - 200VA)+ Với J = 2.5 (A/mm2) - Công suất từ ( 200 - 250VA)+ Với J = 2 (A/mm2) - CÔng suất từ ( 500 - 1000VA)+ Với biến áp công suất thấp ta có thể chọn J = 5 - 10 (A/mm2)Từ đó ta tính được thiết diện của dây quấn sơ cấp và thứ cấp+ Thiết diện dây quấn sơ cấp s1 = I1/J + Thiết diện dây quấn thứ cấp s2 = I2/J Các giá trị I1 và I2 ta có thể biết và tính được dựa vào mối quan hệ giữa số vòng dây sơ cấp thứ cấp và điện áp sơ cấp và thứ cấp.Tính nốt đường kính của dây nhờ vào thiết diện của dây : (Do ta chọn dây đồng là hình tròn nên ta tính được như sau )+ Cuộn sơ cấp : d1 = 2.sqrt(s1/3.14)+ Cuộn thứ cấp : d2 = 2.sqrt(s2/3.14)Ngoài ra còn chi li cho 1 máy biến áp thì nó còn cả hệ số lấp đầy, tính khuôn đúc...Nhưng mà thôi quấn thủ công chỉ cấn thế thôi!Như vậy để quấn được biến áp thì chúng ta cần phải biết những thứ trên để quấn được biến áp mong muốn. Do quấn bằng thủ công sẽ không được chặt và nhiều khe hở nên hiệu suất của biến áp sẽ giảm và tổn hao sẽ lớn.  2.1.2Điện trở a) Khái niệm. - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu có một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ và ngược lại vật cách điện có điện trở cực lớn. - Điện trở của dây dẫn là sự phụ thuộc vào chất liệu và tiết diện của dây dẫn được tính theo công thức: R = . Trong đó: R là điện trở. Đơn vị là Ω là điện trở suất. L là chiều dài dây dẫn. S là tiết diện của dây dẫn. b) Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử. * Hình dáng và ký hiệu: Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử không phân cực, nó là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, chúng được làm từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỷ lệ mà tạo ra các con điện trở có điện dung khác nhau. Hình 1.9 Điện trở Kí hiệu : Đơn vị đo bằng Ω, KΩ, MΩ. 1MΩ = 1000 KΩ = 1000000Ω * Cách đọc trị số điện trở trong thực tế. Đọc theo màu sắc theo quy ước quốc tế: Màu Trị số Sai số Bạc 10% Vàng 5% Đen 0 Nâu 1 1% Đỏ 2 2% Cam 3 Vàng 4 Xanh 5 0.5% Lục 6 0.25% Tím 7 0.1% Xám 8 Trắng 9 Bàng 1.3 màu sắc điện trở theo quy ước quốc tế Chú ý: điện trở là linh kiện không phân cực nên khi mắc vào mạch điện ta không cần để ý đến đầu âm dương làm gì (đầu nào cũng như đầu nào). c. Xác định chất lượng của điện trở. * Để xác định chất lượng của điện trở chúng ta có những phương pháp sau: Quan sát bằng mắt: Kiểm tra xem màu sắc thân điện trở có chỗ nào bị đổi màu hay không. Nếu có thì giá trị của điện có thể bị thay đổi khi làm việc. Dùng đồng hồ vạn năng và kết hợp với chỉ số ghi trên thân của điện trở để xác định chất lượng của điện trở. * Những hư hỏng thường gặp ở điện trở: Đứt: Đo Ω không lên. Cháy: do làm việc quá công suất chịu đựng. Tăng trị số: Thường xảy ra ở các điện trở bột than, do lâu ngày hoạt tính của lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số của điện trở. Giảm trị số: Thường xảy ra ở các loại điện trở dây quấn là do bị chạm một số vòng dây(sự cố này ít xảy ra nhất). d. Các loại điện trở đặc biệt. a) Điện trở nhiệt (Thermitor). Loại này được chế tạo từ chất bán dẫn, nên có khả năng nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt độ tăng làm tăng giá trị của điện trở (Nhiệt trở dương). Nhiệt độ tăng làm giảm giá trị của điện trở (Nhiệt trở âm). b) Điện trở cảm nhận độ ẩm. Độ ẩm tăng làm tăng giá trị của điện trở (dương). Độ ẩm tăng làm giảm giá trị của điện trở (âm). c) Quang trở (Light Dependent Resistor): Được chế tạo có đặc điểm là khi ánh sáng chiếu vào sẽ làm thay đổi giá trị điện trở. d) Biến trở (Variable Resister). - Công dụng: Dùng để biến đổi(thay đổi) giá trị điện trở, qua đó làm thay đổi điện áp hoặc dòng điện ra trên biến trở. Ký hiệu: Loại thông thường Loại vi chỉnh Loại thông thường đòi hỏi sự điều chỉnh với độ chính xác không cao. Loại vi chỉnh được dùng để hiệu chỉnh độ chính xác của mạch điện. *Lưu ý: Đối với VR loại than, thực tế có 2 loại: A và B. Loại A: Chỉnh thay đổi chậm đều, được sử dụng để thay đổi âm lượng lớn nhỏ trong Ampli, Cassette, Radio, TV, hoặc chỉnh độ tương phản (Contrass), chỉnh độ sáng (Brightness) ở TV,... Biến trở loại A còn có tên gọi là biến trở tuyến tính. Loại B: Chỉnh thay đổi đột biến nhanh, sử dụng chỉnh âm sắc trầm bổng ở Ampli. Biến trở loại B còn có tên gọi là biến trở phi tuyến hay biến trở loga. *Hư hỏng thực tế: Đối với các VR loại than thường gặp các hư hỏng như: đứt, bẩn, rỗ mặt than. Trường hợp mặt than bị bẩn, rỗ mặt sẽ xảy ra hư hỏng thường gặp trong thực tế ví dụ như ở máy Ampli vặn Volume nghe sột sẹt... Để khắc phục nhanh hỏng hóc trong trường hợp này ta dùng xịt gió thổi sạch các cáu bẩn, rồi nhỏ một ít dầu máy khâu vào biến trở là xong. *Cách đo biến trở: Vặn đồng hồ về thang đo Ohm. Đo cặp chân 1-3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên thân biến trở. Đo tiếp cặp chân 1-2 rồi dùng tay chỉnh thử xem kim đồng hồ thay đổi: + Nếu thay đổi chậm ta xác định VR là loại A . + Nếu thay đổi nhanh ta xác định VR là loại B. + Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển hẳn về ∞ là biến bị trở đứt + Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về ∞ rồi lại trở lại vị trí gần đó là biến trở bị bẩn, rỗ mặt. 2.1.3 Tụ điện. Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu mạch truyền tín hiệu, mạch dao động… a) Khái niệm. Tụ điện là linh kiện dung để cản trở và phóng nạp khi cần thiết và được đặc trưng bởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp. Ký hiệu của tụ điện trong sơ đồ nguyên lý là: Tụ không phân cực là tụ có hai cực như nhau và giá trị thường nhỏ (pF). Tụ phân cực là tụ có hai cực tính âm và dương không thể dũng lẫn lộn nhau được. Có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực. b) Cấu tạo. Hình 1.10. Cấu tạo của tụ điện Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi như tụ hóa, tụ gốm, tụ giấy…Hình dạng tụ trong thực tế. Hình 1.11 Tụ gốm. Hình 1.12 Tụ hóa. c. Xác định chất lượng của tụ điện. dụng thang đo Ohm của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim. Khi đo tụ >100µF Chọn thang đo x1 Khi đo tụ 10àF đến 100 µF Chọn thang đo x10 Khi đo tụ 104 đến 10 µF Chọn thang đo x1K Khi đo tụ 102 đến 104 Chọn thang đo x10K Khi đo tụ 100pF đến 102 Chọn thang đo x1M Khi đo tụ <100pF Chọn thang đo x10M Đo 2 lần có đảo chiều que đo: Nếu kim vọt lên rồi trả về hết: Khả năng nạp xả của tụ còn tốt. Nếu kim vọt lên 0Ω : Tụ bị nối tắt (Bị đánh thủng, bị chạm, chập) Nếu kim vọt lên trả về không hết: Tụ bị rò rỉ. Nếu kim vọt lên trả về lờ đờ: Tụ bị khô. Nếu kim không lên: Tụ bị đứt (Chú ý: Kiểm tra tụ không đúng thang đo, không đủ kích thích cho tụ nạp xả được) 2.1.4 Điôt a. Điốt. Được cấu tạo từ hai lớp bán dẫn tiếp xúc nhau. Diode có hai cực là Anot (A) và Katot (K). Nó chỉ cho dòng một chiều từ A sang K và nó được coi như van một chiều trong mạch điện và được ứng dụng rộng rãi trong các máy thu thanh thu hình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp. Hình 1.13 Cấu tạo Hình 1.14 Hình dạng diode trong thực tế. Hình 1.15 Kí hiệu diode trong các mạch nguyên lý. Nguyên tắc hoạt động của diode: chỉ cho dòng một chiều từ A đến K chứ không cho dòng chạy ngược lại. b. LED. LED là viết tắt của Light Emitting Diode,( có nghĩa là điốt phát quang) là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại , tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N Tính chất. Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5V đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra. c. phân loại Điốt được chia ra nhiều thể loại tùy theo vùng hoạt động của Điốt Phân loại theo sự phân cực: Điốt phân cực thuận : Chỉ cần một điện áp dương đủ để cho Điốt dẫn điện . Điốt sẽ cho dòng điện đi qua theo một chiều từ Cực Âm đến Cực Dương và sẽ cản dòng điện đi theo chiều ngược lại. Thí dụ : Điốt Bán dẫn, LED... Điốt phân cực nghịch :Chỉ cần một điện áp âm đủ để cho Điốt dẫn điện . Điốt sẽ cho dòng điện đi qua theo 2 chiều . Thông thường, dẫn điện tốt hơn trong chiều nghịch. Thí dụ : Điốt Zener, Điốt biến dung Một số loại điốt thông dụng (Riêng hình dưới cùng là một cầu nắm điện được tích hợp từ bốn đi ốt để nắn điện xoay chiều thành một chiều) Điốt phát quang (LED) Các Điốt thường thấy: Điốt bán dẫn: cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm một số chất để tăng thêm electron tự do. Loại này dùng chủ yếu để chỉnh lưu dòng điện hoặc trong mạch tách sóng. Điốt Schottky: Ở tần số thấp, điốt thông thường có thể dễ dàng khóa lại (ngưng dẫn) khi chiều phân cực thay đổi từ thuận sang nghịch, nhưng khi tần số tăng đến một ngưỡng nào đó, sự ngưng dẫn không thể đủ nhanh để ngăn chặn dòng điện suốt một phần của bán kỳ ngược. Điốt Schottky khắc phục được hiện tượng này. Điốt Zener: còn gọi là "điốt đánh thủng" hay "điốt ổn áp": là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng. Khi sử dụng điốt này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của điốt thì điốt sẽ cho dòng điện đi qua đến khi điện áp mạch mắc bằng điện áp định mức của điốt - Đây là cốt lõi của mạch ổn áp. Điốt phát quang hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode) :là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt bán dẫn, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n. Điốt quang (photodiode): là loại nhạy với ánh sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đại lượng điện, thường sử dụng ở các máy ảnh (đo cường độ sáng), sử dụng trong các mạch điều khiển (kết hợp một điốt phát quang và một điốt quang thành một cặp), các modul đầu ra của các PLC... Điốt biến dung (varicap): Có tính chất đặc biệt, đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ điện, loại này được dùng nhiều cho máy thu hình, máy thu sóng FM và nhiều thiết bị truyền thông khác. Điốt ổn định dòng điện: là loại điốt hoạt động ngược với Điốt Zener. Trong mạch điện điốt này có tác dụng duy trì dòng điện không đổi. d. Một số mạch ứng dụng của diot d.a. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ: Đặc điểm của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ là trong cả hai nửa chu kì của điện áp xoay chiều đều có dòng điện chạy qua tải. Có hai loại sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ: sơ đồ cân bằng và sơ đồ cầu. a. Sơ đồ cân bằng Ur 0 t Không có Ct Có Ct b. Đồ thị thời gian của điện áp ra Hình 1.3: Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ Điện áp cực đại khi không tải: Trong đó Un là điện áp ngưỡng của diode, U2 điện áp trên cuộn thứ cấp của biến áp. Điện áp ngược đặt lên diode (trong trường hợp C t ¹ 0): Ung = U2hd. d.b. Mạch chỉnh lưu cầu: Sơ đồ cầu thường được dùng trong trường hợp điện áp xoay chiều tương đối lớn. Tuy cùng là sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ nhưng nó ưu việt hơn sơ đồ cân bằng ở chỗ cuộn thứ cấp được sử dụng toàn bộ trong hai nửa chu kỳ của điện áp vào và điện áp ngược đặt lên điôt trong trường hợp này chỉ bằng một nửa điện áp ngược đặt lên trong sơ đồ cân bằng. Điện áp ra cực đại khi không tải: nghĩa là nhỏ hơn chút ít so với điện áp ra trong sơ đồ cân bằng, vì ở đây luôn luôn có hai điốt mắc nối tiếp. Hình 1.4: Mạch chỉnh lưu cầu Ta thấy rằng trong từng nửa chu kỳ của điện áp thứ cấp , một cặp điốt có anôt dương nhất và katốt âm nhất mở, cho dòng một chiều qua , cặp điốt còn lại khóa và chịu một điện áp ngược cực đại bằng biên độ . Ví dụ tương ứng với nửa chu kỳ dương của , cặp điốt Đ1Đ3 mở, Đ2Đ4 khóa. Rõ ràng điện áp ngược đặt lên van lúc khóa có giá trị bằng một nửa so với trường hợp sơ đồ chỉnh lưu cân bằng đã xét trên, đây là ưu điểm quan trọng nhất của sơ đồ cầu. Ngoài ra, kết cấu thứ cấp của biến áp nguồn đơn giản hơn. Trong sơ đồ 1.4, nếu nối đất điểm giữa biến áp và mắc thêm tải ta có mạch chỉnh lưu có điện áp ra hai cực tính. Đây thực chất là hai mạch chỉnh lưu cân bằng. Hình 1.5: Chỉnh lưu điện áp ra hai cực tính 2.1.5.IC78xx –IC79xx 2.1.5.1.IC78xx Là loại IC ổn áp nguồn dương , hai số “xx” biểu thị điện áp ổn định đầu ra của IC. Ví Dụ: 7805: ổn áp đầu ra là + 5V 7808: ổn áp đầu ra là + 8V 7812: ổn áp đầu ra là + 12V 7824: ổn áp đầu ra là + 24V a.Ký hiệu: Trong đó: Chân 1: ngõ vào Chân 2: nối mát Chân 3: ngõ ra b.Hình dạng bên ngoài Họ 78xx: Ổn định điện áp dương. xx là giá trị điện áp đầu ra chẳng hạn 7805: 5V, 7809:9V... -  Họ 79xx: Ổn định điện áp âm, xx là giá trị điện áp đầu ra chẳng hạn 7905:-5V, 7909:-9V,.. - Kết hợp của 78xx + 79xx sẽ tạo ra được bộ nguồn đối xứng 78xx để ổn định điện áp dương đầu ra với điện áp đầu vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V. 78xx gồm 3 chân :       1 : Vin - Nguồn vào      2 : GND - Nối đất      3 : Vo - Nguồn ra. Nguyên lý mạch: Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện bé ( ≤ 20mA ). Để có thể tạo ra một điện áp ổn định nhưng cho dòng điện lớn hơn người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại dòng như sơ đồ hình dưới. 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. Thông qua điện trở R2 và D1 gim cố định điện áp chân Rt của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E transistor Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua transistor Q1 tăng => làm điện áp chân E của transtor Q1 tăng , và ngược lại ...Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng rãi và người ta đã sản xuất các loại IC họ LA78.. để thay thế cho mạch ổn áp trên, IC LA78.. sẽ thay thế cho phần mạch đánh dấu bằng nét đứt của sơ đồ trên. * Seri 78XX: LA7805, LA7808, LA7809, LA7812 là dòng cho điện áp ra tương ứng với dòng là 1A. Ngoài ra còn các seri khác chịu được dòng78Lxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V. Dòng 0.1A78Mxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V. Dòng 0.5A78Sxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V. Dòng 0.2A 2.1.5.2.IC79xx Cũng như họ 78xx, họ 79xx hoạt động tương tự nhưng điện áp đầu ra là âm (-). Chân của 79xx thì khác với 78xx, được xác định như hình bên dưới Sử dụng kết hợp 78xx với 79xx tạo nguồn đối xứng 2.1.5.3 Datasheet của IC 78xx &79xx a. Datasheet của họ 79xx Datasheet của 7905 Datasheet của 7912 b. Datasheet của 78xx 2.1.6 Transistor 1. Định nghĩa Transistor được hình thành từ ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau. Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transitor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính). Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được 2. Nguyên tắc hoạt động của Transitor Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuyếch đại, Transitor là phần tử khuyếch đại dòng điện với dòng Ic bằng β lần dòng bazo (dòng điều khiển ) Trong đó β là hệ số khuyếch đại dòng điện . Ic = β.IB * Xét đặc tính đóng cắt Chế độ đóng cắt của Transitor phụ thuộc chủ yếu vào các tụ kí sinh giữa tiếp giáp BE và BC. + Quá trình cắt: Để cho transitor cắt được thì bắt đầu từ giá trị -Ub2 đến Ub1. + Quá trình đóng : Để cho transitor đóng thì bắt đầu từ giá trị từ Ub1 đến -Ub2. * Sơ đồ mắc Darlington Nói chũng các BJT có hệ số khuyếch đại tương đối thấp mà yêu cầu dòng điều khiển lớn nên sơ đồ mắc Darlington là một yêu cầu đặt ra với các ghép 2 transitor Q1 và Q2 có hệ số khuyếch đại là β12. β Khi mắc thành Darling ton thì hệ số khuyếch đại tổng là β = β1.β2 * Xét nguyên lý hoạt động của Transistor NPN Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E. Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E. Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )  Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB  Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB  Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức . IC = β.IB                       Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE                                    IB là dòng chạy qua mối BE                                    β là hệ số khuyếch đại của Transistor Giải thích: Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp sang B P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor. Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E. Top of Form Bottom of Form3. Transistor H1061 Là loại transistor thuận - Đối với transistor thuận thì điện áp nối vào các chân ngược lại với Transistor nghịch. Hạt tải di chuyển trong Transistor NPN là electron xuất phát từ cực E trong khi đối với transistor PNP thì hạt tải di chuyển là lỗ trống xuất phát từ E. - Trường hợp này lỗ trống trong vùng bán dẫn P của cực E và C, do tác dụng của lực tích điện, sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E và cực C. Do cực B để hở nên lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ không thể vùng bán dẫn N của cực B nên không có hiện tượng tái hợp giữa lỗ trống và electron và do đó không có dòng điện qua transistor. - Trường hợp 2: Nối cực B vào điện áp âm sao cho : VB VC - Trong trường hợp này vùng bán P và N của cực E và B giống như Diod(gọi là diod BE) được phân cực thuận nên dẫn điện, lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp với electron. Khi vùng bán dẫn N của cực B có thêm lỗ trống nên có điện tích dương. Cực B nối vào điện áp âm của nguồn nên sẽ hút một số lỗ trống trong vùng bán dẫn N xuống tạo thành dòng điện IB. Cực C nối vào điện áp âm cao hơn nên hút hầu hết lỗ trống trong vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P của cực C tạo thành dòng điện IC . Cực E nối vào nguồn điện áp dương nên khi vùng bán dẫn P bị mất lỗ trống sẽ hút lỗ trống từ nguồn dương lên thế chỗ tạo thành dòng điện IE. IB E C N P N IE IC B Hình 1.17. Cấu tạo Hình1.18. Hình ảnh thực tế của H1061 Datasheet của H1060 III.Thiết kế và thi công phần cứng 1.1 Sơ đồ khối AC 220v -50hz Biến áp Bộ chỉnh lưu Bộ lọc Bộ nguồn ổn áp Ngõ ra dc Chức năng của các khối như sau: - Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều 220v thành điện áp xoay chiều có giá trị thích hợp với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp điên áp 220v mà không cần biến áp. - Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều không bằng phẳng (có giá trị thay đổi nhấp nhô). Sự thay đổi này phụ thuộc vào từng dạng mạch chỉnh lưu. - Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều thành điện áp một chiều ít nhấp nhô hơn. Tùy theo điều kiện và yêu cầu cụ thể mà bộ chỉnh lưu có thể mắc theo những sơ đồ khác nhau và dùng các van chỉnh khác nhau. Bộ chỉnh lưu công suất vừa và lớn thường dùng mạch chỉnh lưu ba pha. Dưới đây chúng ta sẽ đi khảo sát từng khối nêu trên trong bộ nguồn một chiều. -Khối ổn áp một chiều ra tải khi điện áp và tần số điện lưới thay đổi, khi tải biến đổi (nhất là đối với bán dẫn) rất thường gặp trong thực tế. Điện trở ra của bộ nguồn cung cấp yêu cầu nhỏ, để hạn chế sự ghép ký sinh giữa các tầng, giữa các thiết bị cùng chung nguồn chỉnh lưu. Việc ổn định điện áp xoay chiều có nhiều hạn chế nhất là khi điện áp lưới thay đổi nhiều. Dùng bộ ổn áp một chiều bằng phương pháp điện tử được sử dụng phổ biến hơn đặc biệt khi công suất ra tải yêu cầu không lớn và tải tiêu thụ trực tiếp điện áp một chiều. Các dạng bộ ổn áp trên thực tế được chia làm ba loại chính: ổn áp kiểu tham số (ổn áp dùng điốt Zener), ổn áp kiểu bù tuyến tính (mạch ổn áp có hồi tiếp) và ổn áp xung. Trong phạm vi của đồ án này chúng ta chỉ xét đến mạch ổn áp có hồi tiếp với nguyên tắc thực hiện các sơ đồ ổn áp có hồi tiếp, phân loại và một số loại IC ổn áp tuyến tính. 1.2 Sơ đồ nguyên lý 1.3 Nguyên lý làm việc *) Đối với mạch điều chỉnh điện áp một chiều biến đổi từ 0v đến 15v: 1.3.1 Nhiệm vụ của các linh kiện - Tụ 2200uF là tụ lọc nguồn chính, lọc điện áp sau chỉnh lưu 18v .Đây cũng là điện áp đầu vào của mạch ổn áp, diện áp này có thể tăng giản 15% -Q1 và Q2 là transistor ổn áp -Q4 là transistor dò sai điều khiển Q3 -Q12 là hợp bởi Q1 và Q2 -Q12 và Q3 mắc theo kiểu darlington để nâng cao hệ số khuếch đại dòng IB - R3 là điện trở lấy điện áp phân cực cho Q3, cũng là điện trở tải RC cho Q4 -R4 là điện trở tải cho RE Q4 -Cầu phân áp R7, VR1 ( R5) và R6 tạo ra điện áp lấy mẫu đưa vào chân B của Q4 1.3.2 Nguyên lý làm việc Điện áp Uout sẽ thay đổi trong các trường hợp -Điện áp vào Uin thay đổi -Tải của mạch thay đổi Trước tiên ta cố định Uin nên Uin không thay đổi +) Giả tưởng vì một lý do nào đó mà làm cho Uout tăng lên. Khi đó điện áp UBE (Q4)=UB-UE tăng lên ( vì UE không thay đổi ) điều này sẽ làm cho Q4 dẫn mạch , điện áp cực C của Q4 giảm ,UC (Q4) giảm tức là điện áp cực B của Q3 giảm kéo theo UBE (Q3) giảm xuống ,Q3 dẫn yếu thì Q12 dẫn yếu vậy UBEcủa Q12 giảm thì nội trở(C-E) Rce Q12 tăng lên thì suy ra Uout giản. +) Ngược lại, nếu Uout giảm ,Us lấy mẫu giảm ,do dó UB( của Q4) giảm, kéo theo UBE (của Q4) giảm dẫn đến Q4 dẫn yếu, làm cho UC của Q3 tăng tức là điện áp UB của Q3 tăng suy ra UBE của Q3 tăng, Q3 dẫn mạnh thì Q12 dẫn mạnh vậy UBE của Q12 tăng thì nội trở( C-E) RCE của Q12 giảm thì suy ra Uout tăng. +) Khi điện áp điều chỉnh VR1, điện áp lấy mẫu thay đổi, độ dẫn Q4 thay đổi suy ra Q3,Q12 thay đổi. Vậy VR1 dùng để điều chỉnh điện áp ra theo ý muốn. *)Đối với mạch nguồn đối xứng - Khi cấp một điện áp 220V AC vào máy biến áp, máy biến áp sẽ hạ áp làm đầu ra có điện áp là 18V AC. - Dòng điện thứ cấp qua bộ chỉnh lưu hình cầu đổi dòng AC thành DC. - Sau khi chỉnh lưu thu được điện áp một chiều nhấp nhô. Vì vậy, tụ C1 tham gia lọc nguồn. Kết quả là được điện áp tương đối bằng phẳng. Dòng điện qua điện trở R1, LED1 làm LED1 phát sáng. - Dòng điện một chiều lần lượt được đưa vào các cực in và đi ra các cực out của IC 7812 và IC 7805. Tại đầu ra của IC7812 có hiệu điện thế 12V còn IC7805 là 5V. 1.4 Thiết kế và tính toán a. Tính toán máy biến áp Hình 3.1: Biến áp nguồn Với chỉ tiêu Ura max = 15 V , ta chọn UIn = 18V, mặt khác phải cộng thêm một lượng điện áp rơi trên hai diode chỉnh lưu, do đó điện áp ra trên cuộn thứ cấp là U2 = UIn + 2 * 0,7 = 19,4 V. Xét khi điện áp lưới có giá trị nhỏ nhất Ulưới min = 200 V, và với điện áp ra yêu cầu trên cuộn thứ cấp là 19,4V ta có: Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất Ulưới max = 240 V, điện áp ra lớn nhất trên cuộn thứ cấp: (V) Ta có dòng điện ra trên khối nguồn cũng là dòng điện ra trên cuộn thứ cấp của biến áp: Ira = I2 = 3A. Do đó công suất lớn nhất mà biến áp cung cấp là: P2 = U2 * Ir = 23 * 3 = 69 W Giả sử rằng tổn hao trên hai diode chỉnh lưu là 10% thì công suất thực của biến áp là: W Dòng điện chạy trên cuộn sơ cấp là: A — Để tính diện tích thiết diện của lõi biến áp ta dựa vào công thức: (cm2) _ (cm2) Do đó ta lựa chọn diện tích tiết diện của lõi biến thế là 9 cm2, và dùng thép kỹ thuật Tôn - Silíc. — Tính đường kính dây cuốn biến áp theo chỉ tiêu mật độ dòng 3A/mm² - Cuộn sơ cấp: I1 = 0,2 A (mm2) _ Đường kính dây cuốn biến áp trên cuộn sơ cấp: (mm) - Cuộn thứ cấp: I2 = 3A (mm2) _ Đường kính dây cuốn biến áp trên cuộn thứ cấp: (mm) — Tính số vòng dây của biến áp: Dựa vào tỉ số: _ Xét khi Ulưới max = 240 V thì số vòng dây trên cuộn sơ cấp là: (vòng) Số vòng dây trên cuộn thứ cấp là: (vòng) — Vậy ta lựa chọn biến áp có các đặc tính sau: - Diện tích tiết diện lõi biến áp: S = 9 cm2 - Đường kính dây cuốn biến áp: + Sơ cấp : d1 = 0,3 mm + Thứ cấp: d2 = 1,128 mm - Số vòng dây cuốn biến áp: + Sơ cấp : n1 = 1200 vòng + Thứ cấp: n2 = 80 vòng . Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất Ulưới max = 240 V, điện áp ngược đặt lên diode chỉnh lưu: (V) Dòng điện lớn nhất qua diode: ID = I2 = 3A. Hệ số gợn sóng (khi Ct = 0) W = 0,49. Tần số của điện áp ra bộ chỉnh lưu: 100Hz b.Tính toán khối chỉnh lưu Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất Ulưới max = 240 V, điện áp ngược đặt lên diode chỉnh lưu: (V) Dòng điện lớn nhất qua diode: ID = I2 = 3A. Hệ số gợn sóng (khi Ct = 0) W = 0,49. Tần số của điện áp ra bộ chỉnh lưu: 100Hz Nên ta chọn điot chỉnh lưu cầu 3A c. Bộ lọc — Sau khi qua khối chỉnh lưu cầu thì tụ lọc cũng phải đảm bảo chịu được điện áp lớn nhất là 23 V. Do đó ta chọn một tụ lọc có Umax = 25 V. — Để xác định điện dung của tụ ta dựa vào độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu: Chọn độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu là Kgs = 5% = 0,05. Chu kỳ chỉnh lưu: (s) Điện trở tải tương đương: W Khi đó: (F) Vậy ta chọn tụ lọc : 2200 mF / 50V. d. Tính toán nguồn ổn áp Chọn Q1,Q2 H1061( hfe = 130) Q3 C1815 (hfe =100) Q4 C828 (hfe = 325) Ta giả sử: cung cấp cho tải là 3A Suy ra IC Q12 =3A Suy ra IC Q12 =3A IB Q12 1,7.10-4 A IBQ3 = =1,15.10-4 ICQ4 = IBQ3 +IR3 Ta có ICQ4 >> IBQ3 nên ta chọn ICQ4 = 5 mA = IR3 IR3 =5mA suy ra R3= = 3k6 Suy ra ta chọn R3 = 2,2K R4 phân cực cho UE của Q4 R4 = = = 10R Suy ra chọn R4 =10R UrA là điện áp rơi trên tải của R6 và 1 phần của R5 ( VR1) Ta chọn UrA =14,25 V IBQ4 = = =1,5.10-5 A RA = = = 100351R RB = = = 5490R Vì RA và RB nối tiếp, suy ra ZAB =RA + RB = 105841R Suy ra, ta chọn R6 =R7 =330R R5 =VR1 = 100K Iq là dòng chảy qua bộ phân áp có độ lớn được chọn có thể so sánh với dòng điện cực gốc IB, dòng điện tổng chảy qua RrA Iq = 2.IB đến 10IB Chọn Iq = 8,5 IB RrB là tải của R7 và một phần của VR1 RrA là tải của R5 và một phần của VR1 Lời kết Sau một thời gian nghiên cứu về “bộ nguồn một chiều biến đổi từ 0v đến 15v”dựa vào kiến thức thực tế và kiến thức của thầy cô chuyền dậy , chúng em đã hoàn thành đồ môn học. Đặc biệt qua đồ án môn học đầu tiên với sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn là thầy” Đỗ Tuấn Anh” cùng với thầy cô trong khoa Điện-Điện Tử đã giúp chúng em hoàn thành xong đồ án đúng tiến độ. Qua đồ án này chúng em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm biết phối hợp giữa lý thuyết với thực hành và biết cách làm việc theo nhóm. Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng chúng em vẫn còn mắc phải nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong được sự quan tâm, chỉ bảo của các thầy cô để chúng em có thể hoàn thành các đồ án tiếp theo một cách tốt hơn. Chúng em xin chân thành cám ơn !