(Tiểu luận) đề tài nghiên cứu, chế tạo mạch nguồn đối xứng có điện áp ra (±5 ±12v) 2a dc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN - ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MẠCH NGUỒN ĐỐI XỨNG CÓ ĐIỆN ÁP RA (±5-±12V) 2A-DC Người hướng dẫn: NGUYỄN PHƯƠNG THẢO Sinh viên: ĐỖ PHÚC HƯNG PHAN THỊ HIỀN Mã số sinh viên: 12221509 12221334 Lớp: 122211.4 Hưng Yên, năm 2022 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sinh viên thực hiện: Đỗ Phúc Hưng Phan Thị Hiên Lớp: 122211.4 Tên đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo mạch nguồn đối xứng” Thời gian thực hiện: Ngày giao đề tài : Ngày hoàn thành : Yêu cầu: Nghiên cứu, chế tạo mạch nguồn đối xứng có điện áp (±5V - ±12V) Nội dung: Tổng quan cấu trúc ứng dụng mạch nguồn đối xứng Giới thiệu mạch Chế tạo mạch, chạy thử hiệu chỉnh Sản phẩm: Một thuyết minh đề tài Các vẽ mô tả nội dung đề tài Mạch hoạt động tốt GVHD Nguyễn Phương Thảo MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ LƠI CAM ƠN NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các khái niệm điện trở 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Giá trị điện trở 1.1.4 Ứng dụng 10 1.2 Tụ điện 10 1.2.1 Khái niệm 10 1.2.2 Cấu tạo 10 1.2.3 Nguyên lý hoạt động 10 1.2.4 Phân loại tụ điện 11 1.2.5 Ứng dụng tụ điện thực tế 11 1.3 Diot 12 1.3.1 Khái niệm 12 1.3.2 Phân loại 12 1.3.3 Cấu tạo 12 1.3.4 Nguyên lý hoạt động 12 1.3.5 Ứng dụng 13 1.4 Led 13 1.4.1 Khái niệm 13 1.4.2 Cấu tạo 13 1.4.3 Nguyên lý làm việc 13 1.4.4 Phân loại 13 1.5 Cầu chì 14 1.5.1 Khái niệm 14 1.5.2 Cấu tạo 14 1.5.3 Phân loại 15 1.5.4 Nguyên lí hoạt động 15 1.5.5 Công dụng 15 1.6 Biến áp 16 1.6.1 Khái niệm 16 1.6.2 Cấu tạo 16 1.7 Các loại IC ổn áp 17 1.7.1 Họ 78XX 17 1.7.2 Họ 79XX 17 1.7.3 Cách xác định chân họ IC 78XX 79XX 17 1.8 Khái niệm nguồn hạ áp chiều 18 1.8.1 Mạch chỉnh lưu 18 1.8.2 Lọc thành phần xoay chiều 19 1.8.3 Lọc tụ điện 20 1.8.4 Ổn định điện áp 20 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ MẠCH 22 2.1 Sơ đồ khối 22 2.2 Phương án thiết kế 22 2.2.1 Lựa chọn thiết bị linh kiện 22 2.2.1.1 Biến áp 22 2.2.1.2 Mạch chỉnh lưu 23 2.2.1.3 Bộ lọc nguồn 23 2.2.1.4 Khối ổn áp 23 2.2.1.5 Khối lọc điện áp 23 2.2.2 Tính tốn thông số kỹ thuật 23 2.2.3 Chế tạo mạch 24 2.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch 24 2.2.3.2 Sơ đồ mạch in 26 2.3 Kết luận hướng phát triển đề tài 27 2.3.1 Kết đạt 27 2.3.2 Ưu khuyết điểm 27 2.3.3 Hướng phát triển đề tài 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày với tiến khoa học công nghệ, thiết bị điện tử ứng dụng ngày rộng rãi hầu hết lĩnh vực kinh tế- xã hội đời sống Trong tất thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp vấn đề quan trọng định đến làm việc ổn định hệ thống Hầu hết thiết bị điện tử sử dụng nguồn điện chiều ổn áp với độ xác ổn định cao Hiện kỹ thuật chế tạo nguồn điện ổn áp khía cạnh nghiên cứu phát triển với mục đính tạo khối nguồn có cơng suất lớn, độ ổn định, xác cao, kích thước nhỏ Từ tầm quan trọng ứng dụng thực tế nguồn điện chiều ổn áp củng cố lại kiến thức học áp dụng thực hành thực tế, nên em chọn đề tài:” Thiết kế mạch nguồn đối xứng” để qua tìm hiểu kĩ ngun lí hoạt đọng mạch nguồn đòng thời củng cố thêm kĩ thiết kế mạch điện tương tự Trong trình thực đề tài em xin chân thành cảm ơn Nguyễn Phương Thảo hướng dẫn em hồn thành đề tài Do khả kiến thức thân cịn hạn chế, đề tài chắn khơng tránh thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy để đề tài hoàn thiện LƠI CAM ƠN Trong trình thực đề tài măc dù găp phải rât nhiều vân đề kho khăn song với hướng dân cua cô Nguyễn Phương Thảo với chi bảo cua thầy cô giáo Khoa Điện – Điện Tử lô lực không ngưng cua nhom, đến chung em đa hoàn thành đề tài Tuy nhiên, kiến thức cua chung em hạn chế, nên khơng thê tránh khỏi thiếu sot Vì chung em rât mong nhận ý kiến đong gop chân thành tư phía Nguyễn Phương Thảo, thầy cô giáo Khoa Điện – Điện Tử bạn đọc đê đề tài cua chung em ngày hoàn thiện phát triên lên mức cao thơi gian gần nhât Sau thời gian thực đề tài khoa, chung em đa học hỏi rât nhiều kinh nghiệm kiến thức Các thầy gioa khoa đa nhiệt tình chi bảo Đăc biệt hướng dân rât nhiệt tình cua Nguyễn Phương Thảo đa giup chung em hoàn thành đề tài Chung em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Phương Thảo CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các khái niệm điện trở 1.1.1 Khái niệm - Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vơ lớn Đơn vị điện trở : Ohm ( ơm) Hình 1.1.1 1.1.2 Phân loại - + Có nhóm chính: a Điện trở có giá trị xác định Điện trở than ép Điện trở dây quấn Điện trở màng mỏng b Điện trở có giá trị thay đổi Biến trở Nhiệt trở Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương Điện trở quang 1.1.3 Giá trị điện trở Giá trị điện trở vẽ thân điện trở Đối với điện trở vạch màu, vạch biểu thị giá trị điện trở, vạch thứ sai số điện trở 1.1.4 Ứng dụng Hiệu ứng có ích số ứng dụng đèn điện dây tóc hay thiết bị cung cấp nhiệt điện, lại không mong muốn việc truyền tải điện Các phương thức chung để giảm tổn thất điện là: sử dụng vật liệu dẫn điện tốt hơn, hay vật liệu có tiết diện lớn sử dụng hiệu điện cao Các dây siêu dẫn sử dụng số ứng dụng đặc biệt, khó phổ biến giá thành cao công nghệ chưa phát triển 1.2 Tụ điện 1.2.1 Khái niệm - Tụ điện thiết bị điện tử thiếu mạch lọc mạch dao dộng loại mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều Tụ điện tên tiếng anh Capacitor, loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện mơi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Về mặt lưu trữ lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui Mặc dù cách hoạt động chúng hồn tồn khác nhau, chúng lưu trữ lượng điện Nói cách khác tụ điện linh kiện điện tử thụ động phổ biến, cấu tạo bới hai cực đặt song song, có tính chất cách điện chiều cho dòng điện xoay chiều qua nhờ nguyên lý phóng nạp 1.2.2 Cấu tạo - Hiện nay, tự điện biết linh kiện có cấu tạo hai cực kim loại đặt song song Tùy thuộc vào chất liệu cách điện cực tụ điện có tên gọi tương ứng Ví dụ như lớp cách điện khơng khí ta có tụ khơng khí, giấy ta có tụ giấy, cịn gốm ta có tụ gốm lớp hóa chất cho ta tụ hóa Trên tụ điện thường ghi trị số điện áp Đây giá trị điện áp cực đại mà tụ điện chịu Nếu sử dụng giá trị tụ bị nổ 1.2.3 Nguyên lý hoạt động - Tụ điện có khả tích trữ lượng dạng lượng điện trường cách lưu trữ electron, phóng điện tích để tạo thành dịng điện Đây tính chất phóng nạp tụ, nhờ có tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều Nếu điện áp hai mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp xả tụ dễ gây tượng nổ có tia lửa điện dòng điện tăng vọt Đây nguyên lý nạp xả tụ điện phổ biến 10 - - Các thành phần lại bao gồm: hộp giữ cầu chì, chấu mắc, nắp cầu chì, thay đổi tùy thuộc vào loại cầu chì mục đích thẩm mỹ 1.5.3 Phân loại Có nhiều cách sử dụng để phân loại cầu chì Theo mơi trường hoạt động: cầu chì cao áp, hạ áp, cầu chì nhiệt - Theo cấu tạo: cầu chì loại hở, loại vặn, loại hộp cầu chì ống Theo đặc điểm: cầu chì sứ, cầu chì ống, cầu chì hộp, cầu nổ, cầu chì tự rơi,… - Theo số lần sử dụng: cầu chì sử dụng lần, cầu chì thay dây, cầu chì tự nối mạch điện 1.5.4 Nguyên lí hoạt động - Nguyên lý làm việc cầu chì có dịng bình thường (từ định mức trở xuống), dây chảy khơng chảy q dịng dây chảy phát nóng chảy ra, hồ quang phát sinh bị dập tắt, mạch điện bị ngắt Quá dòng lớn cắt mạch nhanh - Quan hệ thời gian cắt mạch cầu chì dịng qua gọi đặc tính bảo vệ cầu chì Nếu xét thời gian chảy dậy chảy có đặc tính chảy cầu chì chênh lệch thời gian giữ đặc tính chảy đặc tính bảo vệ cầu chì thời gian dập tắt hồ quang 1.5.5 Cơng dụng - Cầu chì thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng Đặc điểm đơn giản, kích thước bé, khả cắt lớn giá thành hạ nên ứng dụng rộng rãi - Cầu chì sử dụng nhiều lần ứng dụng rộng rãi mạch điện gia dụng, đường dây tải điện Các cầu chì dùng lần thường lắp thiết bị điện gia dụng như: máy sấy, máy pha cà phê,… - Hiện nay, công trình đại, cầu chì thay aptomat với nhiều đặc điểm ưu việt 15 1.6 Biến áp 1.6.1 Khái niệm - Máy biến áp hiểu loại máy dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều Có loại máy biến áp biến đổi dịng điện từ cao xuống thấp từ thấp lên cao tùy theo nhu cầu người sử dụng Hình 1.6.1 1.6.2 Cấu tạo - Cấu Tạo máy biến áp - Gồm hai phận chính: Lõi Thép (tơn silic) + Dây quấn (dây đồng dây nhôm) - Lõi thép máy biến áp xếp từ tơn định hướng: Dùng để dẫn từ thơng Máy, chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường thép kỹ thuật điện hay tôn định hướng Mỏng ghép lại - Để giảm dịng điện xốy lõi thép, người ta dùng thép kỹ thuật điện, hai Mặt có sơn cách điện ghép lại với thành lõi thép Dây quấn Dây quấn máy biến áp, quấn xung quanh lõi thép, làm từ dây đồng dây nhơm, có loại dây trịn, có loại dây dẹt, bên dây bọc hay nhiều lớp giấy cách điện - Được chế tạo dây đồng nhơm có tiết diện trịn chữ nhật, bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện Máy Biến áp thường làm mát khơng khí, khe thống, tản nhiệt Có biến áp cơng suất lớn làm mát dầu, cách đổ dầu vào ngâm lõi biến áp Khi dầu để lâu, đóng cặn lọc bỏ cặn, thay dầu 16 1.7 Các loại IC ổn áp 1.7.1 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: +1 : Vin - Chân nguồn đầu vào +2 : GND - Chân nối đất +3 : Vo - chân nguồn đầu Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn điện áp cần ổn áp từ 2V đến 3V - Những dạng seri 78XX: + LA7805 IC ổn áp 5V + LA7812 IC ổn áp 12V 1.7.2 Họ 79XX - Cũng họ 78XX họ 79XX có hoạt động tương tự điện áp đầu âm (-) trái ngược với họ 78XX Cũng có nhiều loại mức ổn áp đầu dòng 78XX : 7905, 7906 + LA7905 IC ổn áp -5V + LA7912 IC ổn áp -12V 1.7.3 Cách xác định chân họ IC 78XX 79XX Hình ảnh phân biệt chân IC 78XX 79XX Hình 1.7.1 17 1.8 Khái niệm nguồn hạ áp 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 : Mạch Bộ lọc Chỉnh san Biến Áp Bộ ổn áp Lưu phẳng Hình 1.8.1 - Chức khối: - Biến áp: để biến đổi dòng xoay chiều 220V thành dòng xoay chiều có điện áp phù hợp - Mạch chỉnh lưu: Chuyển điệp áp U2 thành dịng chiều có điện áp ổn định, nhấp nhơ - Bộ lọc san phẳng: San điện áp chiều UT thành dòng chiều ổn định nhấp nhơ - 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 1.8.1 Mạch chỉnh lưu - Trong mạch điện sử dụng mạch chỉnh lưu cầu Diode hai chu kì cộng trừ - Sơ đồ cầu thường dùng trường hợp điện áp xoay chiều tương đối lớn Tuy sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ ưu việt sơ đồ cân chỗ cuộn thứ cấp sử dụng toàn hai nửa chu kỳ điện áp vào điện áp ngược đặt lên Diode trường hợp nửa điện áp ngược đặt lên sơ đồ cân Điện áp cực đại không tải: nghĩa nhỏ chút so với điện áp sơ đồ cân bằng, ln ln có hai Diode mắc nối tiếp 18 - Ta thấy nửa chu kỳ điện áp thứ cấp , cặp Diode có Anơt dương Katốt âm mở, cho dòng chiều qua , cặp Diode lại khóa chịu điện áp ngược cực đại biên độ Bộ chỉnh lưu hai cực tính Hình 1.8.2 1.8.2 Lọc thành phần xoay chiều - Trong mạch chỉnh lưu trên, chuyển từ dịng điện xoay chiều sang dịng cực tính, giá trị chúng lại thay đổi theo chu kỳ, theo dạng gợn sóng - Lọc bán kì dương: V t Đồ thị bán kì dương Hình 1.8.3 19 - Lọc bán kì âm: V t Đồ thị bán kì âm Hình 1.8.4 1.8.3 Lọc tụ điện - Nhờ phóng nạp tụ điện nên làm san nhấp nhơ dịng điện mạch chỉnh lưu tạo Sơ đồ nguyên lý tụ điện Hình 1.8.5 1.8.4 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 20