Thông tin tài liệu
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Ma ̣ch điê ̣n tử bản mô đun sở của nghề Điện tử dân dụng biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2017 của trường Cao đẳ ng nghề Cầ n Thơ dành cho nghề Điện tử dân dụng hệ Trung cấp Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, ho ̣c có thí dụ tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phầ n lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình có và cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 60 gồm có: Bài 01 MĐ12-01: Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng transistor Bài 02 MĐ12-02: Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET Bài 03 MĐ12-03: Mạch ghép tranisitor – hồi tiếp Bài 04 MĐ12-04: Mạch khuếch đại công suất Bài 05 MĐ12-05: Mạch dao động Bài 06 MĐ12-06: Mạch ổn áp Giáo trình tài liệu giảng da ̣y tham khảo tốt cho nghề điện tử công nghiệp, điện tử, điện công nghiệp và điện dân du ̣ng Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh thiế u sót Rất mong nhận sự đóng góp ý kiến thầy, cơ, bạn đọc để nhóm biên soạn điề u chỉnh hoàn thiện Cầ n Thơ, ngày tháng năm 2018 Tham gia biên soạn Chủ biên: Đỗ Hữu Hâ ̣u Nguyễn Tuấ n Khanh MỤC LỤC TRANG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC BÀI 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR Khái niệm Mạch mắc theo kiểu EC, BC, CC BÀI 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET 16 Mạch khuếch đại cực nguồn chung 16 Mạch khuếch đại cực máng chung 17 Mạch khuếch đại cực cổng chung 18 Lắp mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET 18 Sửa chữa mạch khuếch đại dùng FET 21 BÀI 3: MẠCH GHÉP TRANSISTOR – HỒ I TIẾ P 23 Mạch ghép cascade 23 Mạch Khuếch đại vi sai 25 Mạch khuếch đại Dalington 28 Hồi tiếp, trở kháng vào, mạch khuếch đại 30 Lắp mạch khuếch đại tổng hợp 33 BÀ I 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 35 Khái niệm 35 Khuếch đại công suất loại A 37 Khuếch đại công suất loại B 40 Mạch khuếch đại công suất dù ng Mosfet 42 Lắp mạch khuếch đại tổng hợp 43 Sửa chữa mạch khuếch đại tổng hợp 45 BÀI 5: MẠCH DAO ĐỘNG 47 Khái niệm 47 Dao động dịch pha 47 Mạch dao động só ng sin 49 Mạch dao động thạch anh 51 BÀ I 6: MẠCH ỔN ÁP 54 Khái niệm 54 Mạch ổn áp tham số 55 Mạch ổn áp có hồi tiếp 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 GIÁ O TRÌ NH MƠ ĐUN Tên mơ đun: MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mã mô đun: MĐ 12 Thời gian thực mô đun: 45 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 28 giờ; Kiểm tra: 02 giờ) Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị mơ đun: - Vị trí mơ đun: Mơ đun bố trí dạy sau học xong môn học chuyên môn điện kỹ thuật, linh kiện điện tử, đo lường điện tử, chế tạo mạch in hàn linh kiện - Tính chất mô đun: Là mô đun kỹ thuật sở - Ý nghĩa mô đun: giúp người học nắm bắt cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ dùng vi mạch - Vai trị Mơ-đun: khắc phục sửa chữa board điều khiển công nghiệp Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: +Phân tích nguyên lý số mạch ứng dụng mạch nguồn chiều, ổ áp, dao động, mạch khuếch đại tổng hợp - Về kỹ năng: +Thiết kế mạch điện ứng dụng đơn giản +Lắp ráp số mạch điện ứng dụng mạch nguồn chiều, ổn áp, dao động, mạch khuếch đại tổng hợp +Vẽ lại mạch điện thực tế xác, cân chỉnh số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật an toàn, sửa chữa số mạch ứng dụng + Kiểm tra, thay mạch điện tử đơn giản yêu cầu kỹ thuật - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có lực đánh giá kết học tập nghiên cứu + Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chun mơn + Sinh viên có thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập Nội dung mô đun: Thời gian (giờ) Số TT Tên mô đun Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Bài 1:Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng transistor Khái niệm 1 Mạch mắc theo kiểu EC, BC, CC Bài 2:Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET 2 Mạch khuếch đại cực nguồn chung 0.5 0.5 Kiểm tra Mạch khuếch đại cực máng 0.5 0.5 Mạch khuếch đại cực cổng chung 1 Lắp mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng FET 1 1 chung Sửa chữa mạch khuếch đại dùng FET Bài 3: Mạch ghép transistor - hồi tiếp 12 1.Mạch ghép cascade 1.5 0.5 Mạch khuếch đại vi sai 1.5 0.5 3 Mạch khuếch đại Dalington Hồi tiếp, trở kháng vào, mạch khuếch đại Lắp mạch khuếch đại tổng hợp Bài 4: Khuếch đại công suất 0.5 0.5 Khuếch đại công suất loại A 0.5 0.5 Khuếch đại công suất loại B 0.5 0.5 1.5 0.5 1 Khái niệm 4.Khuếch đại công suất dùng MOSFET 5 Lắp mạch khuếch đại tổng hợp 1 Sửa chữa mạch khuếch đại tổng hợp 2 Kiểm tra Bài 5: Mạch dao động 0.5 0.5 Dao động dịch pha 0.5 1.5 Dao động sóng sin 2.5 1.5 Dao động thạch anh Bài 6: Mạch ổn áp Khái niệm 1 Mạch ổn áp tham số 3 Mạch ổn áp có hồi tiếp Kiểm tra 1 Khái niệm Tổng 45 1 1 15 28 02 BÀI 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR Mã bài: MĐ12-01 Giới thiệu: Đặc điểm bật transistor tính khuếch đại tín hiệu Trong trường hợp lắp mạch loại cực E chung (E-C), với tín hiệu có biên độ điện áp nhỏ đặt vào cực badơ B, ta nhận tín hiệu có biên độ điện áp lớn cực colectơ C Tuỳ theo hệ số khuếch đại transistor, ta nhận tín hiệu lớn gấp hàng chục, chí hàng trăm lần tín hiệu ban đầu Mục tiêu: Học xong học này, học viên có lực: - Phân tích ngun lý làm việc mạch mắc tranisitor - Phân biệt ngõ vào ngõ tín hiệu sơ đồ mạch điện, thực tế theo tiêu chuẩn mạch điện - Kiểm tra chế độ làm việc Transistor theo sơ đồ thiết kế - Thiết kế mạch khuếch đại dùng Transistor đơn giản theo yêu cầu kĩ thuật Nô ̣i dung chính: Khái niệm 1.1 Khái niệm tín hiệu Tín hiệu biến đổi hay nhiều thông số q trình vật lý theo qui luật tin tức Trong phạm vi hẹp mạch điện, tín hiệu hiệu dịng điện Tín hiệu có trị khơng đổi, ví dụ hiệu pin, accu; có trị số thay đổi theo thời gian, ví dụ dịng điện đặc trưng cho âm thanh, hình ảnh Tín hiệu cho vào mạch gọi tín hiệu vào hay kích thích tín hiệu nhận ngã mạch tín hiệu hay đáp ứng Người ta dùng hàm theo thời gian để mơ tả tín hiệu đường biểu diễn chúng hệ trục biên độ - thời gian gọi dạng sóng Dưới số hàm dạng sóng số tín hiệu phổ biến 1.2 Các dạng tín hiệu Về dạng sóng ta có tín hiệu sin, vng, xung, cưa, v.v Về tần số tín hiệu hạ tần, âm tần (AF), cao tần (HF), siêu cao tần (VHF), cực cao tần (UHF), v.v, phát biểu theo bước sóng: sóng dài (VLF), sóng dài (LW), sóng trung bình (MW), sóng ngắn (SW), sóng centimet, sóng milimet, sóng vi ba, sóng nanomet, v.v Về liên tục gồm có tín hiệu liên tục (continuous) gián đoạn (không liên tục) (discontinuous) Liên tục hay gián đoạn xét biên độ thời gian Về dạng sóng hay liên tục, người ta cịn phân tín hiệu tương tự (analog) hay liên tục thời gian (continuous_time) tín hiệu số (digital) hay rời rạc thời gian (discrete-time) Về tính xác định người ta phân tín hiệu xác định (deterministic) tín hiệu ngẫu nhiên (random) Về tính tuần hồn có tín hiệu tuần hồn (periodic) có dạng sóng lặp lại sau chu kỳ T, tín hiệu khơng tuần hồn (aperiodic) tín hiệu khơng có lặp lại tức khơng có chu kỳ Nếu lặp lại gần ta có tín hiệu chuẩn tuần hồn (quasiperiodic) Mạch mắc theo kiểu EC, BC, CC 2.1 Mạch mắc theo kiểu EC (kiểu E chung) 2.1.1 Mạch điện Hình 1.1 Sơ đồ mạch transistor mắc theo kiểu E chung (E-C) Trong đó: Vin: ngõ vào Vout: Ngõ RC: Điện trở tải để lấy tín hiệu RE: Điện trở ổn định nhiệt R1; R2: Điện trở phân cực B 2.1.2 Mạch điện tương đương a)Cách mắc mạch theo kiểu E-C b)Sơ đồ tương đương mạch E-C Hình 1.2 Theo sơ đồ ta có: Zv U V U BE I B R E R E IV IB IB Trên sơ đồ tương đương không xác định trở kháng mạch Thực tế xác định theo độ dốc đường đắc tuyến hình 1.3 Hình 1.3 Đặc tuyến mạch E-C Giả sử trở kháng mạch CE ZR=Ro Với trở kháng vào β.RE, trở kháng Ro ta vẽ lại sơ đồ tương đương mạch hình sau: Hình 1.4: Sơ đồ tương đương cách mắc C-E có tải 2.1.3 Các thơng số kỹ thuật mạch Vi Vbe Ii Ib Vo Vce - Tổng trở ngõ ra: Ro Io Ic Io Ic - Độ khuếch đại dòng điện: Ai Ii Ib Vo Vce Rc - Độ khuếch đại điện áp: Av Vi Vbe Ri - Tổng trở ngõ vào: Ri 2.1.4 Tính chất, ngun lý Mạch có số tính chất sau: Tín hiệu đưa vào cực B lấy cực C Tín hiệu ngõ vào ngõ ngược pha (đảo pha) Hệ số khuếch đại dòng điện >1và khuếch đại điện áp < Tổng trở ngõ vào khoảng vài trăm Ohm đến vài K Tổng trở ngõ khoảng vài k đến hàng trăm k Trong cách mắc C-E, đặc tuyến quan hệ dòng Ic vàđiện áp UCE, ứng với khoảng giá trị dòng vào IB Đặc tuyến vào quan hệ dòng vào IB điện áp vào UBE, ứng với khoảng giá trị điện áp UCE Được trình bày hình 1.5 a 1.5 b a)Đặc tuyến vào b) Đặc tuyến Hình 1.5 Trên sơ đồ 1.5 a: Đặc tuyến vào transistor, cho ta thấy transistor bát đầu dẫn điện điện áp UBE vượt qua khỏi giá trị điện áp phân cực 0,6V Dòng điện phân cực IB phụ thuộc vào nguồn cung cấp VCE, nguồn cung cấp cao dịng phân cực IB lớn Trên sơ đồ hình 1.5 b: Đặc tuyến transistor, cho thấy transistor chia làm ba vùng làm việc gồm có: + Vùng ngưng dẫn: Là vùng nằm đường IB= Lúc điện áp phân cực VBE nằm mức phân cực 0,6V + Vùng khuếch đại: Là vùng tiếp giáp BE phân cực thuận, tiếp giáp BC phân cực ngựơc Vùng dùng để khuếch đại tín hiệu dịng điện, điện áp hay cơng suất + Vùng bão hoà: Là vùng nằm bên trái đường UCEbh lúc hai mối nối BE BC phân cực thuận + Hệ số β: Trong chế độ chiều, để đánh giá khả điều khiển dòng IB dòng IC người ta định nghĩa hệ số khuếch đại dòng điện õ: dc IC IB Với IC IB giá trị điểm làm việc Thông thường õ nằm khoảng từ 50 đến 400 Trong chế độ xoay chiều, hệ số khuếch đại β định nghĩa: ac I C | U CE const I B 2.1.5 Lắp Mạch khuếch đại E chung -Lắp mạch hình vẽ Hình 1.6: Mạch khuếch đại E chung Với transistor loại 2SC1815 (C1815).Vi lấy từ máy phát sóng âm tần Đo phân cực tĩnh: Đo kết phân cực mạch ICQ VCEQ Yêu cầu sinh viên Tính hie Viết vẽ phương trình đường tải DC,AC Xác định biên độ điện áp cực đại R1 Chú ý: phần để đơn giản sinh viên cần lắp mạch phần DC, không cần nối dây nguồn Vi tụ điện Chế độ AC: sinh viên thực bước sau: Đo hệ số khuếch đại điện áp Av Bước 1: Tắt nguồn DC, để hở tụ CE lắp mạch hình 1.6 Bước 2: Bật nguồn DC, kiểm tra lại phân cực (Q phải chế độ khuếch đại) Bước 3: Cho Vimax = 50mV, tần số 1kHz, dạng sin chuẩn (nếu tín hiệu ngõ bị méo giảm nhỏ biên độ ngõ vào biên độ tín hiệu sin chuẩn) Bước 4: Kiểm tra dao động ký OSC, dây đo, vị trí núm điều chỉnh như: POS, Time/DIV, Volt/DIV, Mod … cho hiển thị Vị trí OSC Bước 5: Nối tụ C2 vào mạch, dùng OSC đo đồng thời tín hiệu Vi Vout, tăng Vi đến Vout vừa méo (khơng có dạng sin) ngừng tăng Vi Bước 6: Đọc giá trị đỉnh Vi, Vout (VO) ghi vào bảng Vip Vop Tính hệ số khuếch đại Av mạch cách đo: Av= V0 / Vi nhận xét Sử dụng dao động ký đo vẽ dạng sóng vào Vi, Vo hệ trục Hình 1.7 Đo tổng trở vào Bước 1: Tắt nguồn DC từ mạch hình 1.6 mắc nối tiếp biến trở VRi = 10K vào hai tụ C2 Ri Bước 2: Bật nguồn DC, dùng OSC quan sát dạng sóng vào Điều chỉnh Vi cho Vo đủ lớn, không méo Bước 3: Dùng OSC quan sát đồng thời hai tín hiệu hai đầu biến trở VRi so với mass Chỉnh biền trở VRi thấy biên độ tín hiệu giảm ½ biên độ tín hiệu Bước 4: Tháo biến trở VRi, khỏi mạch, đo giá trị biến trở, tổng trở mạch VRi = 20K Đo tổng trở Bước 1: Từ mạch hình 1.6 Sinh viên dùng OSC đo biên độ điện áp ngõ V 0, giá trị gọi V01 Giữ có định Vi Bước 2: mắc biến trở VRL =20K ngõ mạch (song song với tải AC) Bước 3: dùng OSC quan sát V0 Chỉnh biến trở VRL thấy biên độ tín hiệu ngõ giảm cịn ½ so với biên độ V01 Bước 4: Cắt biến trở VRL khỏi mạch đo giá trị biến trở Đây tổng trở mạch C1 VRL = 20K Hình 1.8 2.2 Mạch mắc theo kiểu B chung (B-C) 2.2.1 Mạch điện bản: 10 V02 BÀ I 6: MẠCH ỔN ÁP Mã bài: MĐ12-06 Giới thiệu Nhiệm vụ mạch ổn định điện áp giữcho điện áp đầu ổn định điện áp đàu vào thay đổi hay tải thay đổi Để đánh giá độ ổn định mạch ổn áp người ta đưa hệ số ổn định Ku Mục tiêu: Phân tích nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng mạch ổn áp cấp nguồn Đo đạc, kiểm tra, sửa chữa số mạch ổn áp theo yêu cầu kỹ thuật Thiết kế, lắp ráp số mạch ổn áp theo yêu cầu kỹ thuật Thay số mạch ổn áp hư hỏng theo số liệu cho trước Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh công nghiệp Nô ̣i dung chính: Khái niệm 1.1 Khái niệm ổn áp Hệ số ổn định điện áp Ku nói lên tác dụng ổn định làm giảm độ không ổn định điện áp tải lần so với đầu vào Độ không ổn định đầu vào Độ không ổn định điện áp đầu - Dải ổn định Du, Di nói nên độrộng khoảng làm việc ổn áp, ổn dòng - Hiệu suất: làm việc ổn định tiêu hao lượng điện chúng, hiệu suất ổn định Pr: Cơng suất có ích tải ổn định PV : Công suất mà ổn định yêu cầu từ đầu vào Pth : Công suất tổn hao ổn định 1.2 Thông số kỹ thuật mạch ổn áp Dải điện áp ngõ vào: Dòng điện vào: Tần số: Điện áp cung cấp ngõ : 54 Dòng điện DC: 1.3 Phân loại mạch ổn áp Tuỳ theo nhu cầu điện áp, dòng điện tiêu thụ, độ ổn định mà kỹ thuật người ta phân chia mạch ổn áp thành hai nhóm gồm ổn áp xoay chiều ổn áp chiêu Ổn áp xoay chiều dùng để ổn áp nguồn điện từ lưới điện trước đưa vào mạng cục hay thiết bị điện Ngày với tốc độ phát triển kỹ thuật người ta có loại ổn áp như: ổn áp bù từ, ổn áp dùng mạch điện tử, ổn áp dùng linh kiện điện tử Ổn áp chiều dùng để ổn định điện áp cung cấp bên thiết bị, mạch điện thiết bị theo khu vực, mạch điện tuỳ theo yêu cầu ổn định mạch điện Người ta chia mạch ổn áp chiều thành hai nhóm lớn ổn áp tuyến tính ổn áp khơng tuyến tính (cịn gọi ổn áp xung) việc thiết kế mạch điện đa dạng phức tạp, từ ổn áp dùng Điot zener, ổn áp dùng Transistor, ổn áp dùng IC Trong mạch ổn áp dùng Transistor thông dụng việc cấp điện áp thấp, dòng tiêu thụ nhỏ cho thiết bị mạch điện có cơng suất tiêu thụ thấp Mạch ổn áp tham số 2.1 Mạch ổn áp tham số dung dide zener 2.1.1 Mạch ổn áp dùng zener Hình 6.1: Mạch ổn áp dùng diode zener Mạch ổn áp tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh Ti vi màu Từ nguồn 110V không cố định thơng qua điện trở hạn dịng R1 gim Dz 33V để lấy điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kệnh Khi thiết kế mạch ổn áp ta cần tính tốn điện trở hạn dòng cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ dòng mà Dz chịu được, dòng cực đại qua Dz dòng qua R2 = Như sơ đồ dịng cực đại qua Dz sụt áp R1 chia cho giá trị R1, gọi dòng điện I1 ta có I1 = (110 - 33) / 7500 = 77 / 7500 ~ 10mA Thơng thường ta nên để dịng ngược qua Dz ≤ 25 mA Lợi dụng tính ổn áp diot zener điện áp phân cực thuận cho transistor để thiết lập mạch ổn áp (Hình 6.2) Hình 6.2: Mạch ổn áp tham số dùng Transistor NPN 55 Q: Transistor ổn áp Rb: Điện áp phân cực B cho Transistor điot zêne Ở mạch cực B Transistor giữ mức điện áp ổn định nhờ điot zêne điện áp ngõ điện áp điện áp zêne điện áp phân cực thuận Transistor Vo Vz Vbe Vz: Điện áp zêner Vbe: Điện áp phân cực thuận Transistor (0,5 – 0,8v) Điện áp cung cấp cho mạch lấy cực E transistor, tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà mạch thiết kế có dịng cung cấp từ vài mA đến hầng trăm mA, mạch điện có dịng cung cấp lớn thường song song với mạch mắc thêm điện trở Rc khoảng vài chục đến vài trăm Ohm hình 6.3 gọi trở gánh dịng 2.1.2 Mạch ổn áp có điều chỉnh Mạch ổn áp điều chỉnh điện áp ngõ có độ ổn định cao nhờ đường vòng hồi tiếp điện áp ngõ nên cị gọi ổn áp có hồi tiếp Hình 6.3: Mạch ổn áp có điều chỉnh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: + Q1: Transistor ổn áp, cấp dòng điện cho mạch + Q2: Khuếch đại điện áp chiều + Q3: So sánh điện áp gọi dò sai + Rc: Trở gánh dòng + R1, R2: Phân cực cho Q2 + R3: Hạn dòng cấp nguồn cho Q3 + R4: Phân cực cho zener, tạo điện áp chuẩn cố định cho cực E Q3 gọi tham chiếu + R5, R6, Vr: cầu chia phân cực cho B Q3 gọi lấy mẫu + C1: Chống đột biến điện áp + C2: Lọc nguồn sau ổn áp cách li nguồn với điện áp chiều từ mạch Hoạt động mạch chia làm hai giai đoạn sau: Giai đoạn cấp điện: Là giai đoạn lấy nguồn cấp điện cho mạch thực gồm Rc, Q1, Q2, R1, R2 Nhờ trình cấp điện từ nguồn đến cực C Q1, Q2 phân cực nhờ cầu chia điện áp R1, R2 làm cho hai transistor Q1, Q2 dẫn điện Trong Q2 dẫn điện phân cực cho Q1, dòng qua Q1 với dòng qua điện trở Rcgánh dòng cấp nguồn cho tải Trong mạch có dịng cung cấp thấp khơng cần điện trở gánh dòng Rc Giai đoạn ổn áp: Điện áp ngõ phần quay trở Q3 qua cầu chia R5, R6, Vr đặt vào cực B điện áp chân E giữ cố định nên điện áp cực C thay 56 đổi theo điện áp cực B ngược pha, qua điện trở R3 đặt vào cực B Q2 khuếch đại điện áp chiều thay đổi đặt vào cực B Q1 để điều chỉnh điện áp ngõ ra, cấp điện ổn định cho mạch Điện áp ngõ điều chỉnh khoảng 20% so với thiết kế nhờ biến trở Vr Hoạt động Q1 mạch giống điện trở biến đổi để ổn áp Mạch ổn áp có dịng điện cung cấp cho mạch tương đối lớn lên đến vài Amp điện áp cung cấp lên đến hàng trăm Volt Ưu nhược điểm: Mạch có ưu điểm dễ thiết kế, dễ kiểm tra, sửa chữa nhiên mạch có nhiều nhược điểm cụ thể mạch kếm ổn định nguồn thay đổi, sụt áp nguồn tương đối lớn nên tổn thất công suất nguồn cao mạch có cơng suất lớn cần phải có thêm tản nhiệt nên cồng kềnh Không cách li nguồn nên Q1 bị thủng gây tượng áp mạch gây hư hỏng mạch điện, độ ổn định không cao 2.2 Mạch ổn áp tham số dùng transistor 2.2.1 Mạch ổn áp tham số: Mạch lợi dụng tính ổn áp diot zêne điện áp phân cực thuận Transistor để thiết lập mạch ổn áp (Hình 6.4) Hình 6.4: Mạch ổn áp tham số dùng Transistor NPN Q: Transistor ổn áp Rb: Điện áp phân cực B cho Transistor điot zêne Ở mạch cực B Transistor giữ mức điện áp ổn định nhờ điot zêne điện áp ngõ điện áp điện áp zêne điện áp phân cực thuận Transistor Vo Vz Vbe Vz: Điện áp zener Vbe: Điện áp phân cực thuận Transistor (0,5 – 0,8v) Điện áp cung cấp cho mạch lấy cực E Transistor, tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà mạch thiết kế có dịng cung cấp từ vài mA đến hầng trăm mA, mạch điện có dịng cung cấp lớn thường song song với mạch mắc thêm điện trở Rc khoảng vài chục đến vài trăm Ohm hình 6.5 gọi trở gánh dịng Việc chọn Transistor chọn tương thích với dịng tiêu thụ mạch điện để tránh dư thừa làm mạch điện cồng kềnh dòng phân cực qua lớn làm cho điện áp phân cực Vbe không ổn định dẫn đến điện áp cung cấp cho tải ổn định Hình 6.5: Mạch ổn áp tham số dùng Transistor NPN có điện trở gánh dịng 57 2.2.2 Mạch ổn áp có điều chỉnh Mạch ổn áp điều chỉnh điện áp ngõ có độ ổn định cao nhờ đường vòng hồi tiếp điện áp ngõ nên cị gọi ổn áp có hồi tiếp Hình 6.6: Mạch ổn áp có điều chỉnh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: + Q1: Transistor ổn áp, cấp dòng điện cho mạch + Q2: Khuếch đại điện áp chiều + Q3: So sánh điện áp gọi dò sai + Rc: Trở gánh dòng + R1, R2: Phân cực cho Q2 + R3: Hạn dòng cấp nguồn cho Q3 + R4: Phân cực cho zener, tạo điện áp chuẩn cố định cho cực E Q3 gọi tham chiếu + R5, R6, Vr: cầu chia phân cực cho B Q3 gọi lấy mẫu + C1: Chống đột biến điện áp + C2: Lọc nguồn sau ổn áp cách li nguồn với điện áp chiều từ mạch Hoạt động mạch chia làm hai giai đoạn sau: Giai đoạn cấp điện: Là giai đoạn lấy nguồn cấp điện cho mạch thực gồm Rc, Q1, Q2, R1, R2 Nhờ trình cấp điện từ nguồn đến cực C Q1, Q2 phân cực nhờ cầu chia điện áp R1, R2 làm cho hai transistor Q1, Q2 dẫn điện Trong Q2 dẫn điện phân cực cho Q1, dòng qua Q1 với dòng qua điện trở Rcgánh dòng cấp nguồn cho tải Trong mạch có dịng cung cấp thấp khơng cần điện trở gánh dòng Rc Giai đoạn ổn áp: Điện áp ngõ phần quay trở Q3 qua cầu chia R5, R6, Vr đặt vào cực B điện áp chân E giữ cố định nên điện áp cực C thay đổi theo điện áp cực B ngược pha, qua điện trở R3 đặt vào cực B Q2 khuếch đại điện áp chiều thay đổi đặt vào cực B Q1 để điều chỉnh điện áp ngõ ra, cấp điện ổn định cho mạch Điện áp ngõ điều chỉnh khoảng 20% so với thiết kế nhờ biến trở Vr Hoạt động Q1 mạch giống điện trở biến đổi để ổn áp Mạch ổn áp có dịng điện cung cấp cho mạch tương đối lớn lên đến vài Amp điện áp cung cấp lên đến hàng trăm Volt 2.2.3 Mạch ổn áp khơng tuyến tính Mạch ổn áp khơng tuyến tính có nhược điểm khó thiết kế có nhiều ưu điểm như: có độ ổn định cao nguồn ngồi thay đổi, tổn thất cơng suất thấp, không gây hư hỏng cho mạch điện ổn áp bị đánh thủng thiết kế mức điện áp, dòng điện theo ý muốn Trong thực tế mạch ổn áp khơng tuyến tính có nhiều dạng mạch khác nhau, mạch dùng Transistor IC thông 58 dụng Chủ yếu ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Mạch điện điển hình dùng Transistor có dạng mạch đơn giản hình 6.7 Hình 6.7: Mạch ổn áp ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Trong mạch Transistor Q đóng vai trị phần tử dao động đồng thời phần tử ổn áp, T biến áp dao động nghẹt đồng thời biến áp tạo nguồn thứ cấp cung cấp điện cho mạch điên thiết bị C1, R1 giữ vai trò mạch hồi tiếp xung để trì dao động R4 làm nhiệm vụ phân cực ban đầu cho mạch hoạt động D3, R4, C4, C5 làm nhiệm vụ chống áp bảo vệ Transistor Các linh kiện D1, R2, C3, C2.Tạo nguồn cung cho mạch ổn áp.D2 làm nhiệm vụ tạo điện áp chuẩn cho mạch ổn áp gọi tham chiếu Hoạt động mạch tương tự mạch ổn áp có điều chỉnh gồm có hai giai đoạn Giai đoạn tạo nguồn Được thực sau: Điện áp chiều từ nguồn tiếp tế đến cực C Q qua cuộn sơ cấp biến áp T, phần đưa đến cực B Transistor qua điện trở phân cực R3 làm cho Transistor chuyển trạng thái từ không dẫn điện sang trạng thái dẫn điện sinh dòng điện chạy cuộn sơ cấp biến áp T, dòng điện biến thiên cảm ứng lên cuộn thứ cấp hình thành xung hịi tiếp cực B Transistor Q để trì dao động gọi dao động nghẹt Xung dao động nghẹt lấy cuộn thứ cấp khác nắn điôt D4 lọc tụ C7 hình nguồn chiều thứ cấp cung cấp điện áp cho mạch điện lúc điện áp ngõ chưa ổn định Giai đoạn ổn áp Được thực nhánh thứ cấp khác nắn lọc xung để hình thành điện áp chiều có giá trị âm nhờ D1, C3 đặt vào cực B Transistor Q qua Diot zener D2 điều chỉnh điện áp phân cực Transistor Q để ổn định điện áp ngõ Giữ điện áp ngõ ổn định Để hiểu rõ nguyên tắc ổn định điện áp mạch, giả thuyết điện áp ngõ tăng đồng thời làm cho điện áp âm hình thành từ D1 C3 tăng làm cho điện áp anôt zener D2 tăng kéo theo điện áp catơt giảm làm giảm dịng phân cực cho Q ổn áp dẫn điện yếu điện áp ngõ giảm bù lại tăng ban đầu giữ mức ổn định Hoạt động mạch sảy ngược lại điện áp ngõ giảm làm cho điện áp âm Anod D2 giảm làm cho điện áp catôt tăng nên tăng phân cực B cho Transistor Q Q dẫn mạnh làm tăng điện áp ngõ bù lại giảm ban đầu điện áp ổn định Mạch điện Hình 6.8 dùng cung cấp nguồn cho mạch điện có dịng tiêu thụ nhỏ biến động điện áp ngõ vào thấp Trong mạch cần có dịng tiêu thụ lớn, tầm dị sai rộng cấu trúc mạch điện phức tạp hơn, dùng nhiều linh kiện hơn, kể Transistor, thành phần hệ thống ổn áp hồn chỉnh đầy đủ 59 có: ổn áp, dò sai, tham chiếu, lấy mẫu bảo vệ hệ thống nguồn cần độ an toàn cao 2.2.4 Mạch ổn áp dùng IC ổn áp Hình 6.8: Mạch ổn áp dùng IC Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm đơn giản nhược điểm cho dịng điện nhỏ (≤ 20mA) Để tạo điện áp cố định cho dòng điện mạnh nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại dòng sơ đồ Ở mạch điện áp điểm A thay đổi gợn xoay chiều điện áp điểm B không thay đổi tương đối phẳng Nguyên lý ổn áp : Thông qua điện trở R1 Dz gim cố định điện áp chân B Transistor Q1, giả sử điện áp chân E đèn Q1 giảm => điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E đèn tăng , ngược lại Mạch ổn áp đơn giản hiệu nên sử dụng rộng dãi người ta sản xuất loại IC họ LA78 để thay cho mạch ổn áp trên, IC LA78 có sơ đồ mạch phần mạch có mầu xanh sơ đồ Hình 6.9 IC ổn áp 7805 Lưu ý: Họ IC78…chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, ráp IC mạch U in > Uout từ đến 5V IC phát huy tác dụng Mạch ổn áp tuyến tính 78XX- 79XX Họ 78xx: Ổn định điện áp dương xx giá trị điện áp đầu chẳng hạn 7805: 5V, 7809:9V - Họ 79xx: Ổn định điện áp âm, xx giá trị điện áp đầu chẳng hạn 7905:-5V, 7909:-9V,… - Kết hợp 78xx + 79xx tạo nguồn đối xứng 60 78xx để ổn định điện áp dương đầu với điện áp đầu vào luôn lớn đầu 3V 78xx gồm chân: : Vin - Nguồn vào : GND - Nối đất : Vo - Nguồn Nguyên lý mạch: Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm đơn giản nhược điểm cho dòng điện bé ( ≤ 20mA ) Để tạo điện áp ổn định cho dòng điện lớn người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại dịng sơ đồ hình Ngun lý mạch: Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm đơn giản nhược điểm cho dòng điện bé ( ≤ 20mA ) Để tạo điện áp ổn định cho dòng điện lớn người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại dòng sơ đồ hình Hình 6.10: Mạch ổn áp dùng zener Ở mạch điện áp điểm thay đổi gợn xoay chiều điện áp điểm Rt không thay đổi tương đối phẳng Thông qua điện trở R2 D1 gim cố định điện áp chân Rt Transistor Q1, giả sử điện áp chân E transistor Q1 giảm => điện áp UBE tăng => dòng qua transistor Q1 tăng => làm điện áp chân E transtor Q1 tăng , ngược lại Mạch ổn áp đơn giản hiệu nên sử dụng rộng rãi người ta sản xuất loại IC họ LA78 để thay cho mạch ổn áp trên, IC LA78 thay cho phần mạch đánh dấu nét đứt sơ đồ Hình 6.11: Mạch ổn áp dùng IC ổn áp 61 * Seri 78XX: LA7805, LA7808, LA7809, LA7812 dòng cho điện áp tương ứng với dịng 1A Ngồi cịn seri khác chịu dòng 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 79xx Cũng họ 78xx, họ 79xx hoạt động tương tự điện áp đầu âm (-) Chân 79xx khác với 78xx, xác định hình bên Sử dụng kết hợp 78xx với 79xx tạo nguồn đối xứng Hình 6.12: Mạch ổn áp nguồn đối xứng 2.3 Lắp mạch ổn áp tham số Lắp mạch ổn áp tuyến tính 220V AC V OUT CD368 D613 6800uF/63V D468 10K Hình 6.13: Mạch ổn áp tuyến tính 62 OUT PUT Chỉnh biến trở cho Vout= 12V Đo giá trị đại lượng sau Vi Vout VCE T1 VB T3 VAC IN Gắn tải cho IL =1A ( dùng đèn trịn 12V/10W) dùng điện trở 12Ω cần lưu ý công suất điện trở Đo giá trị đại lương sau Vi Vout VCE T1 VB T3 VAC IN Từ Vout đo trên, tính Phần trăm ổn áp theo tải = (Vout có tải )/(Vout khơng tải )x IL PQ3 100% Cho mạch hoạt động 10 phút, đo nhiệt độ miếng tản nhiệt ( sờ tay lên miếng tản nhiệt transistior công suất quan sát độ nóng transistor cơng suất) Mạch ổn áp có hồi tiếp 3.1 Các thành phần mạch ổn áp Hình 6.14: thành phần mạch ổn áp Mạch ổn áp kiểu bù Mạch ổn áp nối tiếp dùng khuếch đại thuật tốn Mạch hạn chế dịng điện 3.2 Mạch ổn áp kiểu bù T1 R1 R4 Dz - + Ur + Uv T2 Rt - R3 U2 R2 Hình 6.15: 63 Hai điện trở R1 R2 đóng vai trị mạch lấy mẫu, diode zener Dz cung cấp điện áp tham chiếu transistor T2 điều khiển dòng bazo transistor T1 để thay đổi dòng qua transistor T1 trì điện áp đầu Nếu điện áp đầu tăng qua phân áp R1 R2, điện áp U2 tăng làm điện áp Ube T2 tăng ( điện áp Uz khơng đổi), làm dịng qua T2 tăng dần đến dòng Ib T1 giảm làm cho dòng qua tải giảm điện áp đầu giảm, trì điện áp đầu mạch Trường hợp đầu giảm, giải thích tương tự Điện áp U2 tổng điện áp Ube T2 Uz tính 𝑅2 𝑈2 = 𝑈𝐵𝐸2 + 𝑈𝑧 = 𝑈 𝑅1 + 𝑅2 𝑟 Do điện áp đầu Ur xác định 𝑅1 + 𝑅2 (𝑈𝑧 + 𝑈𝐵𝐸2 ) 𝑈𝑟 = 𝑅2 Ví dụ: Cho mạch điện hình vẽ Trong R1 = 20k.ohm, Uz = 8.3V, R2 = 30K.ohm Tính điện áp ổn áp ngõ 3.3 Mạch ổn áp kiểu xung Mạch cung cấp điện áp ổn áp ngõ 400VDC Phạm vi điện áp AC cho phép thay đổi khoảng 85VAC – 246VAC Chức mạch sau: Cuộn dây lọc nhiễu điện từ L1,C1 L2 Cầu diode chỉnh lưu từ AC sang DC Các phần tử L3, Q, D1, C5là thành phần mạch boost converter Tụ C2 dùng để lọc độ gợn tần số switching điện áp AC Các phần tử L4, D2, C3, D3, R1 C4 phụ trợ cho diode D1 tạo dòng điện phục hồi Mạch điều khiển vịng lặp có ổn áp gồm R9, R10, R8, C9, C8, C7 IC2 phát điện áp sai lệch từ điện áp phản hồi đưa Ngõ IC2 đưa mạch nhân ( mạch tích đạo hàm ) chỉnh lưu điện áp ngõ vào, tạo tín hiệu dịng điện mẫu ngõ khối mạch nhân Vòng lặp ổn áp dòng điện thực R2, R3, R4, C6, C5, C7 IC1 tạo tín hiệu sai lệch dòng điện ngõ vào dương IC1đưa vào PWM, mạch PWM so sánh với tín hiệu cưa để tạo tín hiệu chi kỳ làm việc dùng để điều khiển Q Mơ hình hóa đơn giản mạch Hình 6.16: Mơ hình hóa đơn giản mạch Boost PFC 64 Hình 6.16: Mạch ổn áp kiểu xung 3.4 Lắp mạch ổn áp có hồi tiếp Mạch ổn áp dùng linh kiện rời Mạch 1: R1 = RL =1K , Q1 dùng H1061 Điều chỉnh nguồn Vi ghi giá trị vào bảng sau: Vz =4.7V Vi VB VO Vz =5.6V Vi VB VO Vz =9.1V Vi VB 65 10 11 12 10 11 12 10 11 12 VO *Nhận xét: 1/ Dựa vào bảng giá trị cho biết mạch ổn áp phạm vi nào? Tại sao? 2/ Điện áp Vo phụ thuộc vào linh kiện nào? Tại sao? 3/ Trình bày phân tích hoạt động mạch? Mạch 2: R1 = 4.7K , R2 = 1K , R3 = 470 , VR = 10K , Q1 dùng H1061 - Cho Vi =12V, chỉnh biến trở VR cho VCE2(VCE Q2) thay đổi theo bảng ghi giá trị lại vào bảng sau: (Với giá trị VZ khoảng thay đổi VCE2 khác nhau) Vz =4.7V VCE2 10 11 12 VB1 VB2 VO Vz =5.6V VCE2 VB1 VB2 VO Vz =9.1V VCE2 VB1 VB2 VO 10 11 12 10 11 12 - Giữ cố định VR vị trí A, điều chỉnh nguồn VI, đo ghi giá trị VB1, VO vào bảng sau: Vz =4.7V Vi 10 11 12 VB1 VO 66 Vz =5.6V Vi VB1 VO Vz =9.1V Vi VB1 VO 10 11 12 10 11 12 *Nhận xét: 1/ Dựa vào bảng giá trị cho biết điều chỉnh VR ảnh hưởng tới VO? Tại sao? 2/ Khi VR thay đổi điện áp VOmin bao nhiêu? VOmin phụ thuộc vào linh kiện nào?Tại sao? 3/ Khi VR thay đổi điện áp VB2max bao nhiêu? VB2 max phụ thuộc vào linh kiện nào?Tại sao? 4/ Trình bày phân tích hoạt động mạch? 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch (R H.WARRING - người dịch KS Đoàn Thanh Huệ - nhà xuất Thống kê) [2] Giáo trình linh kiện điện tử ứng dụng (TS Nguyễn Viết Nguyên - Nhà xuất Giáo dục) [3] Kỹ thuật mạch điện tử (Phạm Xuân Khánh, Bồ Quốc Bảo, Nguyễn Viết Tuyến, Nguyễn Thị Phước Vân - Nhà xuất Giáo dục) [4] Kĩ thuật điện tử - Đỗ xuân Thụ NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 (Đỗ xuân Thụ - NXB Giáo dục) [5] Sổ tay tra cứu Transistor Nhật Bản (Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế) 68
Ngày đăng: 25/08/2023, 16:20
Xem thêm:
