Giáo trình kỹ thuật điện tử (nghề điện công nghiệp cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCG-TCHC ngày … tháng năm Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun 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 Kỹ thuật điện tử lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện thụ động, phần tử điện phi tuyến hoạt động tích cực linh kiện bán dẫn, đặc biệt là Transistor, Diode, mạch tích hợp, để thiết kế các mạch điện, thiết bị, vi xử lý, vi điều khiển và hệ thống điện tử khác làm việc chế độ chuyển mạch vào trình biến đổi điện Ở Việt Nam có nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo, sách hướng dẫn tập kỹ thuật điện tử biên soạn biên dịch nhiều tác giả, chuyên gia đầu ngành điện tử Tuy nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trình đào tạo nhà trường phải bám sát chương trình khung giáo trình Kỹ thuật điện tử biên soạn tham gia giảng viên trường Cao đẳng Cơ giới dựa sở chương trình khung đào tạo ban hành, trường Cao đẳng Cơ giới với giáo viên có nhiều kinh nghiệm tham khảo nguồn tài liệu khác để thực biên soạn giáo trình Kỹ thuật điện tử phục vụ cho công tác giảng dạy Giáo trình thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun MĐ12 chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ Cao đẳng nghề dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo, sau học tập xong mơ đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp môn học, mô đun khác nghề MỤC LỤC TT NỘI DUNG TRANG Lời giới thiệu Mục lục Bài mở đầu: Khái quát chung linh kiện điện tử Khái quát chung linh kiện điện tử Các ứng dụng linh kiện điện tử Vật dẫn điện cách điện Các hạt mang điện dịng điện mơi trường 16 Bài 2: Linh kiện thụ động 21 Điện trở 21 10 Tụ điện 33 11 Cuộn cảm 42 12 Bài 3: Linh kiện bán dẫn 55 13 Khái niệm chất bán dẫn 55 14 Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt 60 15 Cấu tạo, phân loại ứng dụng điôt 63 16 Tranzito BJT 70 17 Tranzito trường 76 18 Diac - SCR - Triac 87 19 Bài 4: Các Mạch khuếch đại dùng tranzito 107 20 Mạch khuếch đại đơn 108 21 Mạch ghép phức hợp 113 22 Mạch khuếch đại công suất 118 23 Bài 5: Dao động tạo xung biến đổi dạng xung 135 24 Mạch tạo xung vuông 135 25 Mạch tạo xung cưa - xung nhọn 140 26 Mạch dao động đa hài 141 27 Mạch dao động sine 150 28 Mạch xén ghim áp 152 29 Bài 6: Mạch ổn áp 158 30 Mạch ổn áp, thông số 158 31 Mạch ổn áp dùng IC 162 32 Mạch ổn áp xoay chiều 166 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã mơ đun: MĐ12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun Kỹ thuật điện tử học trước môn học, mô đun PLC, máy điện đặc biệt học trước mô đun kỹ thuật chuyên ngành Điện tử cơng suất, Kỹ thuật số, Lập trình vi điều khiển - Tính chất: Là mơ đun kỹ thuật sở - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Với phát triển hồn thiện khơng ngừng thiết bị điện lĩnh vực đời sống xã hội, mạch điện tử trở thành thành phần thiếu thiết bị điện, công dụng để điều khiển khống chế thiết bị điện, thay số khí cụ điện có độ nhạy cao Nhằm mục đích gọn hố thiết bị điện, giảm tiêu hao lượng thiết bị, tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ thiết bị Mô đun trang bị cho học viên kiến thức kỹ cách nhận biết sử dụng linh kiện điện tử - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Cao đẳng nghề Điện công nghiệp Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: A1 Giải thích phân tích cấu tạo, nguyên lý linh kiện kiện điện tử thông dụng A2 Nhận dạng xác ký hiệu linh kiện, đọc xác trị số chúng A3 Phân tích nguyên lý số mạch ứng dụng Transistor như: mạch khuếch đại, dao động, mạch xén A4 Mô tả đặc trưng ứng dụng chủ yếu linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO - Kỹ năng: B1 Xác định xác sơ đồ chân linh kiện, lắp ráp, cân chỉnh số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật an toàn B2 Vận dụng kiến thức cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch tạo xung biến đổi dạng xung - Năng lực tự chủ trách nhiệm: C1 Hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm C2 Rèn luyện tính xác khoa học tác phong cơng nghiệp Chương trình khung nghề điện cơng nghiệp trình độ Cao đẳng Mã MH/ MĐ/ HP Tên môn học, mô đun I Các môn học chung/đại cương MH 01 MH 02 MH 03 MH 04 MH 05 MH 06 II II.1 MH 07 MH 08 MĐ 09 MĐ 10 MĐ 11 MĐ 12 II.2 MĐ 13 MH 14 MĐ 15 MĐ 16 MH 17 MĐ 18 MĐ 19 MĐ 20 MĐ 21 MĐ 22 Số tín Thời gian đào tạo (giờ) Trong Thực hành/thực Tổng Lý tập/Thí Kiểm số thuyết nghiệm/bài tra tập/thảo luận 18 435 157 255 Chính trị 75 41 29 Pháp luật 30 18 10 Giáo dục thể chất 60 51 Giáo dục quốc phòng - An ninh 75 36 35 Tin học 75 15 58 Ngoại ngữ (Anh văn) 120 42 72 Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề Các mô đun, môn học kỹ thuật 18 360 160 180 sở Ngoại ngữ chuyên ngành 60 30 27 An toàn điện 30 15 14 Điện 90 45 40 Vẽ kỹ thuật – vẽ điện 45 15 27 Khí cụ điện 45 20 22 Kỹ thuật Điện tử 90 35 50 Các mô đun, môn học chuyên 78 2005 543 1389 mơn Điều khiển điện khí nén 90 30 55 Điện tử công suất 60 20 37 Máy điện 90 48 37 Kỹ thuật quấn dây máy điện 120 40 75 Cung cấp điện 90 60 26 Trang bị điện 180 30 140 Kỹ thuật số 75 37 35 Kỹ thuật cảm biến 75 30 42 PLC 120 47 67 Truyền động điện 90 37 48 23 4 20 3 73 5 10 3 MĐ 23 MĐ 24 MĐ 25 MĐ 26 Kỹ thuật lắp đặt điện Lập trình vi điều khiển Kỹ thuật lạnh giảm ĐKLT cỡ nhỏ - điều khiển thông minh MH 27 Tổ chức sản xuất Đồ án môn học / Đào tạo doanh nghiệp Thực tập tốt nghiệp   Tổng cộng 114 MĐ 28 MĐ 29 4 120 90 85 20 32 25 92 53 56 4 90 37 48 30 20 240 30 210 360 2800 860 360 1824 116 Chương trình chi tiết mô đun Thời gian (giờ) Số TT Tên mô đun Tổng số Lý thuyết Bài mở đầu: Khái quát chung linh kiện điện tử 2 Linh kiện thụ động Linh kiện bán dẫn 30 10 18 Các Mạch khuếch đại dùng transistor 15 Bộ dao động tạo xung biến đổi dạng xung 20 11 Mạch ổn áp 15 7 90 35 50 Cộng: Thực hành Kiểm tra Điều kiện thực môn học: 3.1 Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ 3.3 Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành, dụng cụ nghề điện, điện tử,… 3.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế mạch điện tử dân dụng, nhà máy, xí nghiệp công nghiệp Nội dung phương pháp đánh giá: 4.1 Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập 4.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy mơ đun sau: 4.2.1 Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới sau: Điểm đánh giá + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học Trọng số 40% 60% 4.2.2 Phương pháp đánh giá Phương pháp đánh giá Thường xuyên Phương pháp tổ chức Viết/ Thuyết trình Định kỳ Viết thực hành Kết thúc môn học Vấn đáp thực hành Hình thức kiểm tra Chuẩn đầu đánh giá Tự luận/ A1, A2, C1, C2 Trắc nghiệm/ Báo cáo Tự luận/ A2, A3, B1, C1, Trắc nghiệm/ C2 thực hành Vấn đáp A1, A2, A3, A4, B1, thực hành B2, C1, C2 Số cột Thời điểm kiểm tra Sau 10 Sau 40 Sau 90 mơ hình 4.2.3 Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần điểm thi kết thúc mô đun chấm theo thang điểm 10 (từ đến 10), làm tròn đến chữ số thập phân - Điểm mô đun tổng điểm tất điểm đánh giá thành phần mô đun nhân với trọng số tương ứng Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến chữ số thập phân Hướng dẫn thực mô đun 5.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng Điện công nghiệp 5.2 Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 5.2.1 Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm… * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực tập thực hành theo nội dung đề - Khi giải tập, làm Thực hành, thí nghiệm, tập: Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu sửa sai chỗ cho nguời học - Sử dụng mơ hình, học cụ mơ để minh họa tập ứng dụng hệ truyền động dùng điện tử công suất, loại thiết bị điều khiển * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo u cầu nội dung học, nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép viết báo cáo nhóm 5.2.2 Đối với người học: Người học phải thực nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu kỹ học nhà trước đến lớp Các tài liệu tham khảo cung cấp nguồn trước người học vào học môn học (trang web, thư viện, tài liệu ) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực thực hành báo cáo kết - Tham dự tối thiểu 70% giảng tích hợp Nếu người học vắng >30% số tích hợp phải học lại mô đun tham dự kì thi lần sau - Tự học thảo luận nhóm: Là phương pháp học tập kết hợp làm việc theo nhóm làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học cung cấp chủ 10 a Thời gian xuất xung ngõ □ □ □ □ a Thời gian từ xuất xung đến trở trạng □ thái ban đầu □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ b Thời gian xung kích thích c Thời gian hồi phục trạng thái xung d Thời gian hai xung xuất ngõ Thời gian hồi phục là: b Thời gian tồn xung c Thời gian mạch trạng thái ổn định d Thời gian từ trạng thái xung trở trạng thái ban đầu Mạch đa hài đơn ổn dùng nguồn có ưu điểm a Dễ thiết kế mạch b Có cơng suất tiêu thụ thấp c Có nguồn cung cấp thấp d Tất Mạch đa hài đơn ổn có tụ gia tốc có ưu điểm: a Có độ rộng xung nhỏ b Có biên độ lớn c Có thời gian chuyển trạng thái nhanh d Có thời gian hồi phục ngắn Bài tập Hãy làm tập theo số liệu cho Cho mạch điện có Re = 4,7K, Rb = 47K, C=0,01F Dùng transistor C1815 (=100) với nguồn cung cấp 12V Hãy cho biết: a) Độ rộng xung mạch b) Tần số mạch 166 BÀI 6: MẠCH ỔN ÁP Mã bài: MĐ12-06 Mạch ổn áp, thông số Định nghĩa: ổn áp mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho mạch điện thiết bị theo yêu cầu thiết kế mạch điện, từ nguồn cung cấp ban đầu Phân loại: 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 1.1 Mạch ổn áp dùng diode Zener - Diode Zener (Zener diode) gọi là diode ổn áp, loại Diode bán dẫn làm việc chế độ phân cực ngược vùng điện áp đánh thủng (breakdown) Điện áp gọi điện áp Zener hay thác lở (avalanche) Khi giá trị điện áp thay đổi - Nó chế tạo cho phân cực ngược diode Zener ghim mức điện áp gần cố định giá trị ghi diode, làm ổn áp cho mạch điện Nguyên lý hoạt động - Diode Zener, gọi "diode đánh thủng" hay diode ổn áp: loại diode chế tạo tối ưu để hoạt động tốt miền đánh thủng Khi sử dụng diode mắc ngược chiều lại, điện áp mạch lớn điện áp định mức diode diode cho dịng điện qua - Khi phân cực thuận diode Zener hoạt động giống diode bình thường Khi phân cực nghịch, lúc đầu có dịng điện thật nhỏ qua diode Nhưng điện áp nghịch tăng đến giá trị thích ứng: Vngược = Vz (Vz: điện áp Zener) dịng qua diode tăng mạnh, hiệu điện hai đầu diode không thay đổi, gọi hiệu Zener 167 Các đặc trưng hoạt động - Diode Zener có đặc tuyến volt-ampe giống diode thường có thêm vùng làm việc vùng đặc tuyến ngược với hiệu ứng đánh thủng Hình 6-1 Đặc tuyến volt-ampe Ứng dụng - Thông thường diode Zener công suất nhỏ dùng để cấp điện áp mốc (ổn áp) hạn chế mức điện áp cho mạch điện - Diode Zener công suất lớn dùng mạch ổn áp kiểu song song, nhiên tổn hao điện mức nhiệt phát nhiều diode điện trở chặn, nên mạch sử dụng - Cặp diode Zener đấu đối tạo mạch cắt đỉnh tín hiệu xoay chiều, dùng cần tạo dạng (Waveform clipper) hạn chế mức điện áp, ngõ vào khuếch đại Hình 6-2 Mạch ổn áp dùng diode zener tạo điện áp 33v cố định Từ nguồn 110V thông qua điện trở hạn dòng R1 gim trên  Dz 33V để lấy điện áp cố định 33V cung cấp cho mạch Khi thiết kế mạch ổn áp ta cần tính tốn điện trở hạn dịng (R1) cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ dòng (25mA) mà Dz chịu được, dòng cực đại qua Dz dòng qua R2=0 Như sơ đồ dịng cực đại qua Dz sụt áp R1 chia cho giá trị R1, gọi dịng điện I1 ta có: I1 = (110 – 33 ) / 7500 = 77 / 7500  ~ 10mA 168 Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm đơn giản nhược điểm cho dịng điện nhỏ (≤ 20mA) Khi tính tốn mạch ổn áp dùng diode zener ta nên để dòng ngược qua Dz  ≤ 25 mA thấp không điốt zener bị phá hủy nhiệt 1.2 Mạch ổn áp tuyến tính dùng transistor 1.2.1 Mạch ổn áp tham số Mạch lợi dụng tính ổn áp diot zener điện áp phân cực thuận transistor để thiết lập mạch ổn áp (hình 6-3) Q Tranzito ổn áp Rb + ZENER + Vi:Đ iện áp ngõ vào Tụ lọc ngõ Vo: Đ iện áp ngõ tụ lọc ổn định Hỡnh 6-3 Mch n áp tham số dùng transistor NPN Q: Transistor ổn áp Rb: Điện áp phân cực B cho transistor điot zener Ở mạch cực B transistor giữ mức điện áp ổn định nhờ điot zener điện áp ngõ điện áp điện áp zener điện áp phân cực thuận transistor 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 6-4) gọi trở gánh dòng 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 Rc Q Tranzito ỉn ¸p Rb + ZENER + Vi:Đ iện áp ngõ vào Tụ lọc ngõ Vo: Đ iện áp ngõ tụ lọc ổn định Hỡnh 6-4 Mch n ỏp tham s dùng transistor NPN có điện trở gánh dịng 169 Dịng điện cấp cho mạch dòng cực C transistor nên dòng tải thay đổi dòng cực C thay đổi theo làm dịng cực B khơng thay đổi, nên điện áp không thay đổi (trên thực tế thay đổi khơng đáng kể) dịng tải thay đổi làm cho tải làm việc không ổn định 1.2.2 Mạch ổn áp có điều chỉnh (hình 6-5) Mạch ổn áp điều chỉnh điện áp ngõ có độ ổn định cao nhờ đường vòng hồi tiếp điện áp ngõ nên cò gọi ổn áp có hồi tiếp Rc Tranzito ổn áp Q1 R4 Q2 R5 R1 + Vi:Đ iện áp ngõ vào Q3 Vr + R2 Vo: Đ iện ¸p ngâ R3 C1 ZENER C2 Tô läc ngâ R6 tụ lọc ổn định Hỡnh 6-5: Mch n 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 Q 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 Q 1, Q2 phân cực nhờ cầu chia điện áp R 1, R2 làm cho hai transistor Q1, Q2 dẫn điện Trong Q2 dẫn điện phân cực cho Q 1, dòng qua Q1 với dòng qua điện trở R c gánh 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 170 đổi theo điện áp cực B ngược pha, qua điện trở R đặt vào cực B Q khuếch đại điện áp chiều thay đổi đặt vào cực B Q 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 Q 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 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 Khơng cách li nguồn ngồi nên Q1 bị thủng gây tượng áp mạch gây hư hỏng mạch điện, độ ổn định không cao Mạch ổn áp dùng IC Với mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx - 79xx, với xx điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V,7808 ổn áp 8V, 7812 ổn áp 12V hay ổn áp điện áp âm có 7905 ổn áp điện áp -5V, 7912 ổn áp -12V Dùng loại IC ổn áp 78xx  hoặc 79xx tương tự 2.1 Ổn áp nguồn dương: Họ IC 78xx loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu với điều kiện đầu vào luôn lớn đầu 3V Số 78 biểu thị ổn áp dương XX mức điện áp đầu IC ổn áp Tùy loại IC 78xx mà ổn áp đầu Ví dụ: 7805,  7812… Họ IC 78xx gồm có chân: 1: Vin – Chân nối nguồn đầu vào 2: GND – Chân nối đất 3: Vo – Chân nguồn Hình 6-6: Sơ đồ chân IC họ 78 171 Có dạng thơng dụng 78xx như: LM7805 IC ổn áp 5V LM7806 IC ổn áp 6V LM7808 IC ổn áp 8V LM7809 IC ổn áp 9V LM7812 IC ổn áp 12V Đây dòng cho điện áp tương ứng với dịng 1A Ngồi seri khác chịu 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 Dịng 0.2A Hình 6-7: Kí hiệu, số vơn dịng điện IC họ 78xx Hình 6-8: Các dạng đóng gói IC 78xx 172 Hình 6-9: Sơ đồ kết nối mạch ổn áp 5VDC dùng IC7805 Hình 6-10: Mạch nguồn 5VDC 12VDC dùng IC 7805 7812 173 2.2 Ổn áp nguồn Âm: Tương tự họ 78 họ 79 có hoạt động tương tự điện áp đầu âm (-) trái ngược với họ 78 Cũng có nhiều loại mức ổn áp đầu dòng 78: 7905, 7906 với dòng 1A 0.1A Hình 6-11: Sơ đồ chân IC 79xx Hình 6-12: Kí hiệu, số vơn dịng điện IC họ 79xx 174 Hình 6-13: Ổn áp đầu đối xứng dùng LM7815 LM7915 Từ điện áp lưới 220VAV hạ áp qua biến áp thành nguồn đối đố xứng 15-015, chỉnh lưu thành chiều qua cầu diode 1N4006 Giá trị điện áp sau cầu chỉnh lưu có tụ san phẳng 21.2 – – 21 VDC (vì có tụ san phẳng tính cơng thức 15 x √ = 21.2) Sau ổn áp qua IC 7815 7915, lúc điện áp không thay đổi mức + 15V –15V Vì điện áp rơi IC tương đối lớn, tải hiệu suất lớn nên gắn thêm tản nhiệt cho IC Mạch ổn áp xoay chiều 3.1 Nguyên lý chung Các ổn áp xoay chiều hay gọi ổn định điện thiết bị điện tự động trì đại lượng đầu mức không đổi, đại lượng đầu vào biến thiên phạm vi định Ứng với đại lượng dịng điện, điện áp, cơng suất… ta có ổn định tương ứng Trong ổn định điện áp dùng rộng rãi Bộ ổn định điện áp hoạt động theo nguyên lý thực thao tác Buck Boost Trong ổn áp, việc điều chỉnh điện áp từ điều kiện điện áp thực thông qua hai hoạt động thiết yếu hoạt động tăng giảm Các hoạt động thực tay công tắc tự động thông qua mạch điện tử 3.2 Một số mạch thực tế 3.2.1 Ổn áp điều khiển kiểu Servo Bộ ổn áp servo (hoạt động chế phục vụ gọi phản hồi âm) tên cho thấy sử dụng mơ tơ servo phép hiệu chỉnh điện áp thông qua việc kéo chổi than Nguyên lí làm việc của nó là dùng một mạch điều khiển bằng linh kiện bán dẫn điện tử để điều khiển động thừa hành làm nhiệm vụ ổn định điện áp Loại 175 chủ yếu sử dụng cho độ xác điện áp đầu cao, thường ± 1% với thay đổi điện áp đầu vào lên đến ± 50% Hình 6.14 Sơ đồ khối ổn áp kiểu servomotor Phần chính là một biến áp tự ngẫu BA có lõi hình xuyến, đầu vào lấy điện qua chạy S Để giữ điện áp Ur không đổi ta phải thay đổi điện áp vào Uv cho phù hợp bằng cách điều khiển tự động chạy S Việc điều chỉnh S được thực hiện nhờ động M Động này được điều khiển bằng bộ so sánh mức độ sai lệch giữa điện áp mẫu Ur’ (Ur’ là đại diện cho Ur) và điện áp chuẩn Sơ đồ khối mạch điều khiển được trình bày hình 6.14 Điện áp Ur sau qua bộ chỉnh lưu (CL) có điện áp Ur’ Bộ đo lường là một mạch cầu gồm ba nhánh điện trở R1, R2, R3 và một nhánh điôt zener Dz được vẽ hình 6.15 Hình 6.15 Cầu so sánh Điện áp giữa hai nhánh của cầu là Ur’ (điện áp chỉnh lưu của Ur ), ΔU là điện áp giữa hai đỉnh chéo AB của cầu Các trị số điện trở R1, R2, R3 được tính toán thế nào để Ur = Urđm thì có ΔU = Giá trị ΔU sai lệch được khuếch đại lên thành giá trị ΔU1 lớn nhiều lần. ΔU1 này được đưa đến khối thực hiện TH để khối này 176 nhận biết điều khiển chiều quay của động M, kéo theo trượt S chạy Ta có cụ thể sau: + Khi điện áp Ur tăng xuất hiện sự sai lệch điện áp là ΔU, sự sai lệch này được khuếch đại thành ΔU1 lớn gấp nhiều lần để cung cấp cho động M quay theo chiều giảm(chiều ngược), kéo theo trượt S chạy đến Ur ổn định (Ur=Urđm) + Khi điện áp Ur giảm xuất hiện sự sai lệch điện áp là ΔU, sự sai lệch này được khuếch đại thành ΔU1 lớn gấp nhiều lần để cung cấp cho động M quay theo chiều tăng (chiều thuận), kéo theo trượt S chạy đến Ur ổn định (Ur=Urđm) Ổn áp loại này có các ưu điểm: điện áp ổn định, làm việc tin cậy, dạng điện áp ít bị méo dạng, phạm vi thay đổi điện áp rộng, hiệu suất cao và rất tiện lợi chế tạo ở công suất nhỏ Tuy nhiên nó có một số nhược điểm là: cấu tạo khá phức tạp, có hệ thống chổi than nên gây ồn làm việc và dễ sinh cháy nổ, vậy loại này khó thực hiện ở công suất lớn và giá thành cao Hình 6.16 Bên ổn áp xoay chiều Servomotor 177 3.2.2 Ổn áp kiểu bù Nguyên lí làm việc của ổn áp kiểu bù tương tự ổn áp kiểu servomotor Hình 6.17 Sơ đồ nguyên lí của loại ổn áp kiểu bù Mục đích của cuộn bù là bù thêm một lượng điện áp thích hợp để có điện áp ổn định Phương trình cân bằng điện áp là: Uv= Ur + ΔUb Việc thay đổi lượng điện áp bù nhờ biến áp tự ngẫu Mạch điều khiển có nhiệm vụ so sánh và khuếch đại điện áp thay đổi để điều khiển servomotor M theo hai chiều quay thuận hoặc quay ngược Servomotor M lại điều khiển từ biến áp tự ngẫu T làm cho nó cung cấp một lượng điện áp có véc tơ dương hoặc âm cho biến thế B Thứ cấp của B nối nối tiếp với mạch động lực giữa đầu vào và đầu Thực tế điện áp lưới dao động từ Umin đến Umax nên thường phương án được đưa là bù một lượng ΔU và một biến áp khác đảm nhiệm Sơ đồ nguyên lí hình 6.16b Khi có Uv nhỏ một trị số điện áp đặt Uđ thì biến áp BA1 làm việc (Triac T1 dẫn, Triac T2 ngưng dẫn) bù một lượng điện áp ΔU đó điện áp của biến áp BA2 luôn lớn Uđ Khi điện áp Uv cao thì biến áp BA1 ngưng làm việc Biến áp BA2 làm nhiệm vụ bù lượng điện áp ΔU để điện áp ổn định, việc bù này nhờ thay đổi Uđk theo vị trí chổi than trượt của biến áp vi sai Khi các biến áp BA1, BA2 không cần thiết phải bù thì thiết bị tự ngắt mạch sơ cấp của nó để tránh hiện tượng bão hòa mạch từ làm tăng tổn hao công suất Ưu điểm của ổn áp kiểu bù là chất lượng điện áp tốt ít bị méo dạng, độ tin cậy làm việc cao, các phần tử điều khiển lượng công suất bé (của BA1 và BA2) nên dễ chế tạo ổn áp ở công suất lớn, hiệu suất cao và giá hạ Tuy nhiên loại này cũng tồn tại một số 178 nhược điểm: khó chế tạo và thiết kế, sử dụng chổi than nên gây ồn và dễ cháy nổ, loại này thường được chế tạo với công suất lớn 3.2.3 Ổn áp điện tử Ởn áp gờm mợt biến áp tự ngẫu T2 , cuộn dây bù điện áp T1 và mạch điều khiển là các linh kiện bán dẫn Nguyên lí làm việc loại này tương tự loại servomotor, ở động thừa hành servomotor và chạy S được thay thế bằng mạch điều khiển dòng điện và cuộn dây bù điện áp T1 Khi điện áp thay đổi, mạch điều khiển sẽ phân tích để bù lượng điện áp thích hợp đảm bảo điện áp ổn định Hình 6.17 là sơ đồ ngun lí của ởn áp điện tử Hình 6.18 Sơ đồ khối ổn áp điện tử Ưu nhược điểm của ổn áp điện tử: Ngoài các ưu điểm đạt được loại servomotor, loại này còn khắc phục được các nhược điểm là không gây ồn hoặc cháy nổ Tác động rất nhanh, nhạy và khối lượng nhẹ Tuy nhiên loại ổn áp có các nhược điểm là khá phức tạp thiết kế, chế tạo mạch điều khiển, công suất chế tạo loại ổn áp này không lớn và giá thành sản xuất khá cao 179 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T.S Đào Minh Hưng, Th.s Bùi Quang Bình, Giáo trình ĐIỆN TỬ HỌC, NXB XÂY DỰNG 2020 [2] KS Nguyễn Nguyên Hạ Lắp ráp điện tử, NXB Khoa học Kỹ thuật 2014 [3] Th.s Nguyễn Ngọc Anh Tuấn, Giáo Trình Điện Tử FET, MOSFET, IGBT (Tính Tốn - Thiết Kế - Ứng Dụng), NXB Thanh niên 2021 [4] Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục 2008 [5] Nguyễn Văn Tuân, Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử,NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [6] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2005 [7] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 1, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [8] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 2, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 180