Tài liệu Đề tài THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI pdf

Đề tài THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI MỤC LỤC Trang Mở Đầu Phần I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Khái niệm nguồn áp thấp chiều II Lý thuyết biến áp, loại IC ổn áp, chỉnh lưu, IC điều chỉnh điện áp III Lọc thành phần xoay chiều IV Ổn định điện áp 11 12 Phần II THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ÁP THẤP MỘT CHIỀU ĐẦU RA CỐ ĐỊNH I Sơ đồ khối 13 II Phương án thiết kế 15 III Mạch thực tế 16 Phần III THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ÁP THẤP ĐẦU RA THAY ĐỔI I Sơ đồ khối 18 II Phương án thiết kế 18 III Mạch thực tế 20 Phần IV: KẾT LUẬN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI MỞ ĐẦU Ngày nay, với đòi hỏi phát triển Khoa học – Kỹ thuật, thiết bị điện tử ngày xuất nhiều có ảnh hưởng đáng kể đến lĩnh vực kinh tế công nghiệp Và thiết bị điện tử địi hỏi nguồn cung cấp phải có điện áp phù hợp, độ ổn định cao để thiết bị hoạt động tốt đạt đồ xác cao hệ thống hoạt động ổn định Các kỹ thuật chế tạo nguồn điện ổn áp, cơng suất cao, kích thước nhỏ gọn, độ ổn định cao vấn đề ý Từ tầm quan trọng việc ứng dụng nguồn ổn áp cố định ổn áp thay đổi giá trị vào thực tế nhóm em chọn đề tài : “Thiết kế chế tạo nguồn ổn áp đầu cố định ổn áp đầu thay đổi” Trong trình thực đề tài chúng em chân thành cảm ơn giúp đỡ, hướng dẫn tận tâm thầy giáo : ThS: Lê Văn Miễn giúp chúng em hoàn thành đề tài Do kiến thức khả thân chúng em nhiều hạn chế nên q trình thực hồn thành đề tài cịn nhiều thiếu sót, nên chúng em mong góp ý thầy để chúng em hoàn thiện đề tài lần sau cách hoàn thiện tốt Sinh viên thực : Đào Văn Thân Nguyễn Đức Thịnh Hoàng Anh THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI Phần I CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Khái niệm nguồn áp thấp chiều Nguồn chiều có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện chiều cho thiết bị điện tử hoạt động Nguồn chiều lấy từ nguồn xoay chiều dân dụng, qua biến đổi hạ áp biến áp, xử lý qua mạch ổn áp cố định đầu đến giá trị cần thiết Yêu cầu loại nguồn : Đầu phải phụ thuộc vào điện áp xoay chiều, tác nhân khác nhiệt độ, độ bất ổn dòng xoay chiều, để đạt điều người ta thường sử dụng biến áp để hạ áp nguồn xoay chiều 220V sau ổn định dịng điện đưa dòng mức chiều cần thiết hệ thống mạch gồm linh kiện ổn áp, chỉnh lưu, lọc, … Sơ đồ khối : Chức khối: - Biến áp: để biến đổi dòng xoay chiều 220V thành dịng xoay chiều có điện áp phù hợp - Mạch chỉnh lưu: Chuyển điệp áp U2 thành dịng chiều có điện áp ổn định, nhấp nhô - Bộ lọc: San điện áp chiều UT thành dịng chiều ổn định nhấp nhô - Bộ ổn áp: Ổn định điện áp giá trị cụ thể, mạch thay đổi có nhiệm vụ cho điện áp thay đổi theo yêu cầu THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI II Lý thuyết biến áp, loại IC ổn áp, chỉnh lưu, IC điều chỉnh điện áp Biến áp Biến áp có nhiệm vụ biến đổi dịng điện xoay chiều từ mạng điện dân dụng thành dòng xoay chiều có điện áp cần thiết mạch chỉnh lưu Các loại IC ổn áp a Họ 78xx 78xx loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu với điều kiện đầu vào luôn lớn đầu 3V Tùy loại IC 78 mà ổn áp đầu bao nhiều ví dụ : 7806 - 7809 + 78xx gồm có chân : : Vin - Chân nguồn đầu vào : GND - Chân nối đất : Vo - chân nguồn đầu Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn điện áp cần ổn áp từ 2V đến 3V THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI * Những dạng seri 78XX LA7805 IC ổn áp 5V LA7806 IC ổn áp 6V LA7808 IC ổn áp 8V LA7809 IC ổn áp 9V LA7812 IC ổn áp 12V LA7815 IC ổn áp 15V LA7818 IC ổn áp 18V LA7824 IC ổn áp 24V b Họ 79xx Cũng họ 78xx họ 79xx có hoạt động tương tự điện áp đầu âm (-) trái ngược với họ 78 có nhiều loại mức ổn áp đầu dịng 78 : 7905, 7906 c Cách xác định chân họ 78XX 79xx THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI Chỉnh lưu a Chỉnh lưu nửa chu kỳ - Ở bán kỳ dương: (A+, B-) có dịng A->Đ->C->Rt->D->B - Ở bán kỳ âm : (A-, B+) khơng có dịng qua Đ Đ bị phân cực ngược - Vậy có bán kỳ dương có dịng điện chiều hiệu suất thấp b Chỉnh lưu chu kỳ - Bán kỳ dương ( A+, B-): Có dịng A->D1->C->Rt->D->D4->B - Bán kỳ âm (A-, B+): Có dịng B->D2->C->Rt->D->D4->B THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI Vậy mạch biến đổi hai cực tính dịng xoay chiều thành dịng chiều, có hiệu suất cao mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ c Mạch chỉnh lưu cầu - Ở bán kỳ dương: (A+, B-): Có dòng điện từ A->E->D1->F->C->Rt->D- >H->D3->G->B - Ở bán kỳ âm (A-, B+): Có dịng điện từ B->G->D2->F->C->Rt->D->H- >D4->E->A Vậy hai cực tính nguồn xoay chiều qua mạch chỉnh lưu cầu đưa nguồn chiều, hiệu suất cao THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI IC điều chỉnh điện áp a IC LM317, điều chỉnh điện áp dương - với : +ADJ chân điều khiển + Vo điện áp đầu + Vi điện áp đầu vào - Đây coi linh kiện chuyển đổi tiện dụng Dùng để chuyển đổi điện áp dương từ +1.25 đến +37V Và có khẳ cung cấp dịng q 1.5A - Thơng số LM317: + Điện áp đầu vào Vi = 40V + Nhiệt độ vận hành t = - 125° + Dòng điện điều chỉnh từ : + Công suất tiêu thụ lớn 20W THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI + Dòng điện đầu lớn Imax = 1.5A + Đảm bảo thông số Vi - Vo >= 3V - Sơ đồ nguyên lý Với sơ đồ ta điêu chỉnh điện áp đầu điện trở R1 biến trở R2 nối hình vẽ Điện áp đầu tính xấp xỉ : Vo = 1.25.(1+R1/R2) Với công thức ta cho R1 giá trị định Một điều quan dòng điện qua chân điều chỉnh phải nhỏ 100uA kết nối điện trở R1 R2 coi cầu phân áp điện áp chân điều chỉnh chân đầu phải có điện áp định tức gữa hai điện trở R1 R2 điện áp 1.25V (Hằng số không đổi) Do ta có cơng thức THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI b LM337 - Điều chỉnh điện áp âm Tương tự cách tính LM317 điện áp đầu vào -40V Điện áp chân điều khiển chân -1.25V Điện áp đầu có giải 1.25 đến -37V Nhứng thơng số y hệt Lm317 mức âm - Sơ đồ nguyên lý: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 10 III Lọc thành phần xoay chiều Trong mạch chỉnh lưu trên, chuyển từ dòng điện xoay chiều sang dịng cực tính, giá trị chúng lại thay đổi theo chu kỳ, theo dạng gợn sóng Lọc tụ điện Nhờ phóng nạp tụ điện nên làm san nhấp nhô dòng điện mạch chỉnh lưu tạo Hệ số đập mạch lọc : Nghĩa lọc rõ rệt C Rt lớn bình thường người ta thường dùng tụ cỡ vài µF đến vài nghìn µF THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 11 V Ổn định điện áp Là nhiệm vụ làm điện áp ổn định đầu điện áp tần số điện lưới thay đổi Điện trở nguồn cung cấp yêu cầu nhỏ, để hạn chế ghép ký sinh tầng, thiết bị cung nguồn chỉnh lưu Việc ổn định điện áp có nhiều hạn chế, nguồn điện lưới có điện áp thay đổi nhiều Và phương pháp ổn áp điện tử sử dụng nhiều yêu cầu công suất tải không lớn Các loại ổn áp thường dùng: Ổn áp kiểu tham số (dùng Diode Zener), ổn áp bù tuyến tính (mạch ổn áp có hồi tiếp) ổn áp xung Trong phạm vi tìm hiểu đề tài ta xét đến mạch ổn áp bù tuyến tính số IC ổn áp Nguyên tắc ổn áp có hồi tiếp Để nâng cao chất lượng ổn định, người ta dùng ổn áp bù tuyến tính (là ổn áp so sánh ổn áp có hồi tiếp) Nguyên tắc làm việc: Trong sơ đồ này, điện áp đưa so sánh để kiểm tra với nguồn chuẩn, thay đổi phần tử điều khiển điện áp chuẩn đầu THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 12 Bộ ổn áp tuyến tính IC Để thu nhỏ kích thước, chuẩn hóa tham số cho mạch ổn áp có hồi tiếp, người ta thiết kế chúng dạng vi mạch, nhờ việc sử dụng dễ dàng Các IC thực tế bao gồm khối linh kiện tạo điện áp chuẩn, khuếch đại tín hiệu sai lệch, Trasistor điều khiển hạn dòng Các IC thường đảm bảo cho đầu dòng điện từ 100mA đến 1.5A Hiện người ta chế tạo loại IC ổn áp có dịng 10A Các loại IC ổn áp thường dùng : Họ 78xx, 79xx, LM317, LM337,… Phần II THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ÁP THẤP MỘT CHIỀU ĐẦU RA CỐ ĐỊNH I Sơ đồ khối Các tiêu chuẩn khối nguồn: Điện áp vào 220V – 50Hz Điện áp : +5V, +12V, +15V, -5V, -12V, -15V THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 13 II Phương án thiết kế Lựa chọn thiết bị linh kiện a Biến áp Ở có nguồn 220V 50Hz nên ta dùng biến áp loại có điện áp vào 220V điện áp 15V – 2A b Mạch chỉnh lưu Do ưu điểm Diode cầu hiệu suất chỉnh lưu cao nên ta dùng Diode chỉnh lưu cầu c Bộ lọc nguồn Bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san nhấp nhơ dịng điện mạch chỉnh lưu Do lọc tụ đơn giản mà hiệu cao nên ta dùng lọc tụ d Khối ổn áp Do tính dễ sử dụng hiệu suất làm việc cao, dễ lắp ráp nên sử dụng khối ổn áp họ IC 78xx(để ổn áp dòng dương) 79xx (để ổn áp dòng âm) THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 14 Phương án thiết kế Dựa vào nguyên lý hoạt động họ IC 78xx 79xx ta lắp đặt thành mạch sau: Sơ đồ nguyên lý hoạt động IC 78xx 79xx Sơ đồ lắp đặt mạch ổn áp: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 15 III Mạch thực tế Sơ đồ Layout THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 16 Mạch thực tế THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 17 Phần III THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ÁP THẤP ĐẦU RA THAY ĐỔI I Sơ đồ khối Các tiêu chuẩn khối nguồn: - Điện áp vào 220V – 50Hz - Điện áp : Thay đổi từ ÷ +20V ÷ -20V II Phương án thiết kế Lựa chọn thiết bị linh kiện a Biến áp, mạch chỉnh lưu lọc nguồn sử dụng tương tự mạch điện áp cố định b Khối ổn áp Do tính dễ sử dụng hiệu suất làm việc cao, dễ lắp ráp nên sử dụng khối ổn áp họ IC LM317(để điều chỉnh điện áp dương) LM337 (để điều chỉnh dòng âm) THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 18 Phương án thiết kế Dựa vào nguyên lý LM 317 LM337 ta lắp đặt mạch sau: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 19 III Mạch thực tế Mạch Layout THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 20 Mạch thực tế THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 21 Phần IV: KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, hướng dẫn thầy giáo : Ths Lê Văn Miễn, chúng em hoàn thành đồ án thiế kế: “Thiết kế chế tạo nguồn ổn áp đầu cố định ổn áp đầu thay đổi”, kiểm tra hoạt động đạt yêu cầu đề tài Qua đề tài chúng em hiểu áp dụng kiến thức học vào thực tế Hiểu trình thiết kế chế tạo nguyên lý hoạt động hệ mạch đơn giản Và từ giúp chúng em có thêm kiến thức để thực thiết kế loại mạch có độ phức tạp Cuối chúng em chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy giáo : Ths Lê Văn Miễn giúp chúng em hoàn thành đề tài Sinh viên thực Đào Văn Thân Nguyễn Đức Thịnh Hoàng Anh THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 22 ... mạch ổn áp: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 15 III Mạch thực tế Sơ đồ Layout THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 16... tụ cỡ vài µF đến vài nghìn µF THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI 11 V Ổn định điện áp Là nhiệm vụ làm điện áp ổn định đầu điện áp tần số điện lưới thay đổi. .. chiều ổn định nhấp nhô - Bộ ổn áp: Ổn định điện áp giá trị cụ thể, mạch thay đổi có nhiệm vụ cho điện áp thay đổi theo yêu cầu THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGUỒN ỔN ÁP ĐẦU RA CỐ ĐỊNH VÀ ỔN ÁP ĐẦU RA THAY ĐỔI