LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi xin cam đoan đề tài: “Chế tạo bộ nguồn điện bổ sung thiết bị giảng dạy thực hành thí nghiệm học phần Mạch điện tử” là một công trình nghiên cứu độc lập, không sao chép các đề tài khác. Đề tài là một sản phẩm do nhóm đã nỗ lực nghiên cứu, trong bài có sự tham khảo của một số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng. Đề tài được nghiên cứu đảm bảo theo đúng mục tiêu đã được thuyết minh trước Hội đồng Khoa học nhà trường. Nhóm nghiên cứu cam đoan chịu hoàn toàn trách nhiệm về bản quyền. Chủ nhiệm đề tài Dương Ngọc Đoàn 2 LỜI CẢM ƠN Để thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, đề tài đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ cũng như sự quan tâm, động viên từ đơn vị, tổ chức và cá nhân. Đề tài nghiên cứu được hoàn thành dựa trên sự tham khảo, học tập kinh nghiệm từ các kết quả nghiên cứu liên quan, các sách, báo của nhiều tác giả …. Đặc biệt hơn nữa là sự hợp tác của các giảng viên trường Đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ và sự giúp đỡ, tạo điều kiện từ gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong trường. Xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu, Hội đồng khoa học của Trường, cùng các thầy cô giáo công tác trong và ngoài trường đã đóng góp ý kiến, cùng sự giúp đỡ trong quá trình làm việc và nghiên cứu. Tuy có nhiều cố gắng, nhưng trong đề tài nghiên cứu khoa học này không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Quý thầy cô, các chuyên gia, những người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè tiếp tục có những ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1 LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ 4 CHƯƠNG I ....................................................................................................... 5 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI..................................................................................... 5 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI........................................................................... 5 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU............................................ 6 1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI...................... 6 CHƯƠNG II...................................................................................................... 8 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 8 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................. 8 2.1.1 Sơ đồ khối bộ nguồn.......................................................................... 8 2.1.2. Khối chỉnh lưu và bộ lọc................................................................. 10 2.1.3 Các mạch hạ áp và ổn áp ................................................................. 11 2.1.4 Mạch điều chỉnh điện áp.................................................................. 14 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 17 CHƯƠNG III................................................................................................... 19 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................ 19 3.1 KẾT QUẢ .............................................................................................. 19 3.2 THẢO LUẬN ........................................................................................ 22 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ khối của bộ nguồn.................................................................... 9 Hình 2.2 Mạch chỉnh lưu và bộ lọc................................................................. 11 Hình 2.3 IC họ 78xx........................................................................................ 12 Hình 2.4 Mạch nguồn ± 12V và ±5V DC....................................................... 13 Hình 2.5 IC LM317......................................................................................... 14 Hình 2.6 Mạch nguồn điều chỉnh được sử dụng IC LM 317 và LM 337....... 15 Hình 2.7 IC XL4015 ....................................................................................... 16 Hình 2.8 Mạch nguồn sử dụng IC XL4015 .................................................... 16 Hình 2.9 Mạch nguồn sử dụng IC LM2596.................................................... 17 Hình 3.1 Bộ nguồn thiết kế ............................................................................. 21 5 CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện tại, Khoa Điện – Điện tử Viễn thông phụ trách giảng dạy học phần Mạch điện tử cho sinh viên các chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Điện, Điện tử, Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động và Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử. Từ năm học 20212022, Khoa sẽ tiếp tục dạy học phần này cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật năng lượng. Các thiết bị phục vụ giảng dạy thực hành học phần Mạch điện tử gồm có 02 bộ nguồn cung cấp điện và nhiều board mạch thực hành phục vụ thực hành các nội dung khác nhau của môn học. Để sử dụng thì mỗi board mạch thực hành cần kết nối với 01 bộ nguồn điện. Do đó, với 02 bộ nguồn hiện có, giảng viên chỉ có thể tổ chức lớp học thành hai nhóm thực hành với nhiều sinh viên cùng tham gia thực hành chung trong nhóm. Do đó, thiết bị bộ nguồn phục vụ cho việc giảng dạy thực hành học phần Mạch điện tử còn thiếu so với yêu cầu. Điều này dẫn đến sự hạn chế trong hiệu quả giảng dạy, học tập và sử dụng thiết bị. Để có thể nâng cao chất lượng giảng dạy thực hành học phần Mạch điện tử, tận dụng tốt các board mạch thực hành sẵn có, nhà trường cần trang bị thêm bộ nguồn điện để có thể tổ chức cho nhiều nhóm sinh viên thực hành với mỗi nhóm có số lượng sinh viên ít hơn. Bộ nguồn cấp điện cho các board mạch thực hành sẵn có đáp ứng tốt yêu cầu dạy thực hành môn học Mạch điện tử. Tuy nhiên, bộ nguồn này có giá thành cao, có một số chức năng không được sử dụng trong giảng dạy thực hành. Trong trường hợp bộ nguồn bị hư thì phải tốn nhiều chi phí sửa chữa và thời gian để liên hệ công ty cung cấp sản phẩm tiến hành kiểm tra, sữa chữa. Nếu nhà trường có thể chủ động chế tạo thêm bộ nguồn điện để 6 sử dụng với các board thực hành hiện có sẽ mang lại lợi ích tích cực. Do đó, việc tìm hiểu chế tạo bộ nguồn điện bổ sung thiết bị giảng dạy thực hành thí nghiệm học phần Mạch điện tử là cần thiết nhằm đáp ứng tốt hơn yêu cầu dạy và học, nâng cao chất lượng học tập, tiết kiệm chi phí. 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch điện tử và các thiết bị điện tử hoạt động. Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ngõ ra ổn định, ít phụ thuộc vào điện áp ngõ vào, của thiết bị tiêu thụ (tải) và các yếu tố khác. Các mức điện áp ổn áp ±5V DC, ±12V DC thường xuyên được sử dụng trong các mạch điện tử. Các mạch ổn áp có thể sử dụng các linh kiện tích hợp tuyến tính như IC ổn áp LM78xx, LM79xx, LM317, LM337, các IC ổn áp dạng xung số, hoặc các mạch ổn áp sử dụng các linh kiện rời rạc cấu thành. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đặt ra mục tiêu chế tạo bổ sung 02 bộ nguồn điện cung cấp nguồn điện một chiều và xoay chiều đáp ứng yêu cầu giảng dạy thực hành học phần Mạch điện tử với chi phí phù hợp. Cụ thể, bộ nguồn được chế tạo sẽ cung cấp nguồn điện một chiều ổn định +5V, 5V, +12V, 12V, nguồn một chiều điều chỉnh được 15…0 V, 0…15 V, nguồn xoay chiều 12 VAC phù hợp cung cấp nguồn điện cho các board mạch thực hành hiện có. 1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Bổ sung thêm 02 bộ nguồn phục vụ giảng dạy thực hành thí nghiệm học phần Mạch điện tử cho sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện, Điện tử, Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện tử và Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển tự động. Nâng cao chất lượng, hiệu quả giảng dạy môn học Mạch điện tử. Với sự bổ sung thiết bị bộ nguồn điện, giảng viên có thể tổ chức cho sinh viên thực hành 7 thành nhiều nhóm hơn, số lượng sinh viên ở mỗi nhóm ít hơn trước; mỗi sinh viên có thêm thời gian, cơ hội trực tiếp thực hành để nâng cao hiệu quả học tập. Sử dụng hiệu quả các board mạch thực hành hiện có. Dự phòng, thay thế trong trường hợp các bộ nguồn hiện có bị hư hỏng cần phải sữa chữa. 8 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Nội dung chương này tìm hiểu, phân tích các linh kiện, thiết bị và thiết kế, chế tạo Bộ nguồn điện một chiều, xoay chiều cấp điện cho các board mạch thực hành học phần Mạch điện tử. Các yêu cầu của bộ nguồn thục hành Mạch điện tử: Cung cấp điện áp một chiều DC có điện áp ổn định ở mức +5V, 5V, +12V, 12V, điện áp một chiều điều chỉnh được trong khoảng 15…0V, 0…+15V. Các điện áp điều chỉnh này được kết nối và hiển thị với một đồng hồ đo để thuận tiện quan sát, điều chỉnh trong quá trình thực hành. Cung cấp điện áp xoay chiều có điện áp 12V…0V…12V AC. Các điện áp ngõ ra này có điện áp ổn định và được nối với giắc cắm bắp chuối 2mm để phù hợp với các dây kết nối hiện có và các board mạch thực hành có sẵn. 2.1.1 Sơ đồ khối bộ nguồn Bộ nguồn được thiết kế để nhận nguồn điện 220 V xoay chiều và đưa qua biến thế để cho ra nguồn điện xoay chiều có điện áp thấp hơn, sau đó được đưa qua mạch chỉnh lưu để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều. Nguồn điện một chiều được thực hiện hạ áp và ổn áp để có các nguồn điện một chiều ngõ ra mong muốn đáp ứng yêu cầu của các board mạch thực hành.
ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ CẦN THƠ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ CHẾ TẠO BỘ NGUỒN ĐIỆN BỔ SUNG THIẾT BỊ GIẢNG DẠY THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ Chủ nhiệm đề tài: Dương Ngọc Đoàn Đơn vị: Khoa Điện – Điện tử - Viễn thông Cần Thơ, tháng 04 năm 2021 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ CẦN THƠ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ CHẾ TẠO BỘ NGUỒN ĐIỆN BỔ SUNG THIẾT BỊ GIẢNG DẠY THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ Chủ nhiệm đề tài: Đơn vị: Dương Ngọc Đoàn Khoa Điện – Điện tử – Viễn thông Thành viên: Đơn vị: Vũ Văn Quang Khoa Điện – Điện tử – Viễn thông Cần Thơ, tháng 04 năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan đề tài: “Chế tạo nguồn điện bổ sung thiết bị giảng dạy thực hành thí nghiệm học phần Mạch điện tử” cơng trình nghiên cứu độc lập, khơng chép đề tài khác Đề tài sản phẩm nhóm nỗ lực nghiên cứu, có tham khảo số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng Đề tài nghiên cứu đảm bảo theo mục tiêu thuyết minh trước Hội đồng Khoa học nhà trường Nhóm nghiên cứu cam đoan chịu hồn toàn trách nhiệm quyền Chủ nhiệm đề tài Dương Ngọc Đoàn LỜI CẢM ƠN Để thực hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, đề tài nhận hỗ trợ, giúp đỡ quan tâm, động viên từ đơn vị, tổ chức cá nhân Đề tài nghiên cứu hoàn thành dựa tham khảo, học tập kinh nghiệm từ kết nghiên cứu liên quan, sách, báo nhiều tác giả … Đặc biệt hợp tác giảng viên trường Đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ giúp đỡ, tạo điều kiện từ gia đình, bạn bè đồng nghiệp trường Xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu, Hội đồng khoa học Trường, thầy cô giáo công tác ngồi trường đóng góp ý kiến, giúp đỡ trình làm việc nghiên cứu Tuy có nhiều cố gắng, đề tài nghiên cứu khoa học khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong Quý thầy cô, chuyên gia, người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp, gia đình bạn bè tiếp tục có ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cám ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1 Sơ đồ khối nguồn 2.1.2 Khối chỉnh lưu lọc 10 2.1.3 Các mạch hạ áp ổn áp 11 2.1.4 Mạch điều chỉnh điện áp 14 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 CHƯƠNG III 19 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19 3.1 KẾT QUẢ 19 3.2 THẢO LUẬN 22 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ khối nguồn Hình 2.2 Mạch chỉnh lưu lọc 11 Hình 2.3 IC họ 78xx 12 Hình 2.4 Mạch nguồn ± 12V ±5V DC 13 Hình 2.5 IC LM317 14 Hình 2.6 Mạch nguồn điều chỉnh sử dụng IC LM 317 LM 337 15 Hình 2.7 IC XL4015 16 Hình 2.8 Mạch nguồn sử dụng IC XL4015 16 Hình 2.9 Mạch nguồn sử dụng IC LM2596 17 Hình 3.1 Bộ nguồn thiết kế 21 CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện tại, Khoa Điện – Điện tử - Viễn thông phụ trách giảng dạy học phần Mạch điện tử cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Điện, Điện tử, Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động Công nghệ kỹ thuật điện tử Từ năm học 2021-2022, Khoa tiếp tục dạy học phần cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật lượng Các thiết bị phục vụ giảng dạy thực hành học phần Mạch điện tử gồm có 02 nguồn cung cấp điện nhiều board mạch thực hành phục vụ thực hành nội dung khác môn học Để sử dụng board mạch thực hành cần kết nối với 01 nguồn điện Do đó, với 02 nguồn có, giảng viên tổ chức lớp học thành hai nhóm thực hành với nhiều sinh viên tham gia thực hành chung nhóm Do đó, thiết bị nguồn phục vụ cho việc giảng dạy thực hành học phần Mạch điện tử thiếu so với yêu cầu Điều dẫn đến hạn chế hiệu giảng dạy, học tập sử dụng thiết bị Để nâng cao chất lượng giảng dạy thực hành học phần Mạch điện tử, tận dụng tốt board mạch thực hành sẵn có, nhà trường cần trang bị thêm nguồn điện để tổ chức cho nhiều nhóm sinh viên thực hành với nhóm có số lượng sinh viên Bộ nguồn cấp điện cho board mạch thực hành sẵn có đáp ứng tốt yêu cầu dạy thực hành môn học Mạch điện tử Tuy nhiên, nguồn có giá thành cao, có số chức không sử dụng giảng dạy thực hành Trong trường hợp nguồn bị hư phải tốn nhiều chi phí sửa chữa thời gian để liên hệ công ty cung cấp sản phẩm tiến hành kiểm tra, sữa chữa Nếu nhà trường chủ động chế tạo thêm nguồn điện để sử dụng với board thực hành có mang lại lợi ích tích cực Do đó, việc tìm hiểu chế tạo nguồn điện bổ sung thiết bị giảng dạy thực hành thí nghiệm học phần Mạch điện tử cần thiết nhằm đáp ứng tốt yêu cầu dạy học, nâng cao chất lượng học tập, tiết kiệm chi phí 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nguồn chiều có nhiệm vụ cung cấp lượng chiều cho mạch điện tử thiết bị điện tử hoạt động Yêu cầu loại nguồn điện áp ngõ ổn định, phụ thuộc vào điện áp ngõ vào, thiết bị tiêu thụ (tải) yếu tố khác Các mức điện áp ổn áp ±5V DC, ±12V DC thường xuyên sử dụng mạch điện tử Các mạch ổn áp sử dụng linh kiện tích hợp tuyến tính IC ổn áp LM78xx, LM79xx, LM317, LM337, IC ổn áp dạng xung số, mạch ổn áp sử dụng linh kiện rời rạc cấu thành Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu chế tạo bổ sung 02 nguồn điện cung cấp nguồn điện chiều xoay chiều đáp ứng yêu cầu giảng dạy thực hành học phần Mạch điện tử với chi phí phù hợp Cụ thể, nguồn chế tạo cung cấp nguồn điện chiều ổn định +5V, -5V, +12V, - 12V, nguồn chiều điều chỉnh -15…0 V, 0…15 V, nguồn xoay chiều 12 VAC phù hợp cung cấp nguồn điện cho board mạch thực hành có 1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Bổ sung thêm 02 nguồn phục vụ giảng dạy thực hành thí nghiệm học phần Mạch điện tử cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện, Điện tử, Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện tử Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển tự động Nâng cao chất lượng, hiệu giảng dạy môn học Mạch điện tử Với bổ sung thiết bị nguồn điện, giảng viên tổ chức cho sinh viên thực hành thành nhiều nhóm hơn, số lượng sinh viên nhóm trước; sinh viên có thêm thời gian, hội trực tiếp thực hành để nâng cao hiệu học tập Sử dụng hiệu board mạch thực hành có Dự phịng, thay trường hợp nguồn có bị hư hỏng cần phải sữa chữa CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Nội dung chương tìm hiểu, phân tích linh kiện, thiết bị thiết kế, chế tạo Bộ nguồn điện chiều, xoay chiều cấp điện cho board mạch thực hành học phần Mạch điện tử Các yêu cầu nguồn thục hành Mạch điện tử: Cung cấp điện áp chiều DC có điện áp ổn định mức +5V, -5V, +12V, -12V, điện áp chiều điều chỉnh khoảng -15…0V, 0…+15V Các điện áp điều chỉnh kết nối hiển thị với đồng hồ đo để thuận tiện quan sát, điều chỉnh trình thực hành Cung cấp điện áp xoay chiều có điện áp 12V…0V…12V AC Các điện áp ngõ có điện áp ổn định nối với giắc cắm bắp chuối 2mm để phù hợp với dây kết nối có board mạch thực hành có sẵn 2.1.1 Sơ đồ khối nguồn Bộ nguồn thiết kế để nhận nguồn điện 220 V xoay chiều đưa qua biến nguồn điện xoay chiều có điện áp thấp hơn, sau đưa qua mạch chỉnh lưu để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện chiều Nguồn điện chiều thực hạ áp ổn áp để có nguồn điện chiều ngõ mong muốn đáp ứng yêu cầu board mạch thực hành Sơ đồ khối nguồn hồn chỉnh minh họa hình bên dưới: Nguồn AC 220V Biến Mạch chỉnh lưu Bộ lọc Mạch điều chỉnh điện áp Các mạch hạ áp ổn áp với mức điện áp cần thiết Hình 2.1 Sơ đồ khối nguồn Điện áp AC Chức khối sau: - Biến thực biến đổi điện áp xoay chiều U1 có giá trị 220VAC thành điện áp xoay chiều U2 phù hợp với yêu cầu - Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp chiều khơng phẳng UT (có giá trị thay đổi nhấp nhô) Sự thay đổi phụ thuộc vào dạng mạch chỉnh lưu - Bộ lọc có nhiệm vụ san điện áp chiều có biên độ nhấp nhơ thành điện áp chiều có biên độ ổn định - Các mạch hạ áp ổn áp chiều có nhiệm vụ ổn định điện áp đầu điện áp đầu vào thay đổi 2.1.2 Khối chỉnh lưu lọc Diode linh kiện điện tử có chức cho dòng điện qua theo chiều ngăn dòng điện qua theo chiều ngược lại Do đó, diode sử dụng để lắp thành mạch chỉnh lưu thực chuyển đổi nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện chiều Nguồn điện xoay chiều sau qua chỉnh lưu trở thành nguồn điện chiều có biên độ điện áp nhấp nhơ Bộ lọc thực chức nạp điện phóng điện để giảm bớt nhấp nhô điện áp Kết ta có nguồn điện chiều có biên độ điện áp ổn định sử dụng cho thiết bị điện tử Bộ lọc lắp đặt sau chỉnh lưu Đối với mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ, nguồn điện sau chỉnh lưu đưa qua lọc cho điện áp ngõ bị nhấp nhơ chưa phẳng Đối với chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, sau qua lọc cho điện áp ngõ liên tục so với chỉnh lưu bán chu kỳ 10 Vì vậy, đề tài này, chọn thực mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ (chỉnh lưu dùng biến có điểm giữa) cho nguồn thực hành Sơ đồ mạch chỉnh lưu sử dụng cầu diode lọc thiết kế sau Điện áp AC ngõ biến có điện ~12V…0V…~12V Sau qua mạch chỉnh lưu tụ lọc cho điện áp DC có điện tương đương +17V 17V Nguồn_AC D1 D2 1N4007G 1N4007G D3 D4 1N4007G 1N4007G Biến_thế 220Vrms 50Hz 0° C1 2200µF C2 2200µF Hình 2.2 Mạch chỉnh lưu lọc 2.1.3 Các mạch hạ áp ổn áp Nguồn điện xoay chiều ngõ vào có biên độ khơng ổn định theo thời gian dẫn đến điện áp xoay chiều sau qua biến áp điện áp chiều sau lọc không ổn định Các mạch hạ áp ổn áp thực chức giảm áp ổn định điện áp DC ngõ theo mức điện áp mong muốn Có dạng ổn áp khác nhau: ổn áp kiểu tham số (dùng diode Zener), ổn áp tuyến tính sử dụng IC ổn áp xung IC ổn áp họ 78xx: IC dùng để ổn định điện áp dương ngõ Các IC họ 78xx nhận tín hiệu ngõ vào có điện áp dương cao điện áp cần ổn áp cho điện áp dương ổn định ngõ ra, với xx điện áp ổn áp dương ngõ Các IC 7805, 7812 dùng để có điện áp +5V, +12V theo yêu cầu Chân 1: Vin+ (Đầu vào) Chân 2: Ground (mass) 11 Chân 3: Vout+ (Đầu điện áp ổn định) Những lưu ý sử dụng họ 78xx: + Điện áp đầu vào 78xx phải lớn điện áp đầu 3V không lớn điện áp cực đại cho phép + Dịng tải khơng vượt q 1,5A Ví dụ hình ảnh thực tế IC 78xx: Nguồn: Mạch ổn áp sử dụng LM7805 (dientutuonglai.com) Hình 2.3 IC họ 78xx IC ổn áp họ 79xx: IC dùng để ổn định điện áp nguồn âm ngõ IC họ 79xx nhận tín hiệu ngõ vào có điện áp âm điện áp cần ổn áp cho điện áp ổn áp ngõ ra, với xx điện áp ổn áp âm ngõ Các IC 7905, 7912 dùng để có điện áp -5V, -12V theo yêu cầu Chân 1: Ground (mass) Chân 2: Vin (đầu vào ý điện áp âm) Chân 3: Vout (điện áp âm ổn định) Những lưu ý sử dụng IC họ 79xx: 12 + Điện áp đầu vào 79xx phải nhỏ diện áp đầu 3V khơng lớn điện áp cực đại cho phép + Dòng tải ngõ không vượt 1,5A Trong đề tài này, mức điện áp DC mong muốn ngõ ±5V DC, ±12V DC Để chế tạo nguồn ±5V DC, ±12V DC đáp ứng yêu cầu điện áp ra, ta sử dụng IC tuyến tính L7805, L7812 để có điện áp ngõ ổn định +5V, +12V IC tuyến tính L7905, L7912 để có điện áp ngõ ổn định -5V, -12V Sơ đồ mạch nguồn ± 12V ±5V DC thiết kế sau: +12V LM7812CT 220Vrms 50Hz 0° 1N4007G 1N4007G D3 D4 1N4007G 1N4007G C2 2200µF LINE VREG VOLTAGE COMMON COMMON 0.1µF 0.1µF COMMON Biến_thế LINE VREG VOLTAGE 0.1µF C1 2200µF D2 D1 1 Nguồn_AC +5V LM7805CT 0.1µF COMMON VOLTAGE LINE VREG LM7912CT VOLTAGE LINE VREG LM7905CT -12V -5V Hình 2.4 Mạch nguồn ± 12V ±5V DC Trong mạch điện nguồn điện sau qua IC ổn áp 7812 cho điện áp ổn định +12V DC Nguồn điện +12V đưa vào IC 7805 để có điện áp +5V DC Trong mạch điện khác, người ta thường sử dụng nguồn +17V sau tụ lọc đưa vào IC 7805 điện áp +5V Tuy nhiên, trường hợp điện áp chênh lệch ngõ vào ngõ cao, điện áp bị giữ lại IC 7805 lớn để thực chức ổn áp dẫn đến làm cho IC bị nóng ảnh hưởng đến tuổi thọ, hoạt động IC Do đó, đề tài sử dụng nguồn +12V sau IC 7812 đưa vào ngõ vào IC 7805 để giảm chênh lệch điện áp ngõ vào-ngõ để giảm nhiệt độ phát sinh IC 7805 13 giúp IC hoạt động ổn định, bền bĩ Tương tự điện áp âm, nguồn âm -12V ngõ IC 7912 đưa vào IC 7905 điện áp -5V DC Tụ điện 2200μF tụ lọc nguồn giúp cho điện áp nhấp nhơ Tụ điện 0,1μF tụ lọc nhiễu cao tần tụ 2200μF có tiềm ẩn tính cảm nên khơng lọc nhiễu tần số cao Trong đề tài này, IC 7805, 7812, 7905, 7912 gắn thêm thiết bị tản nhiệt để giúp tản nhiệt IC 2.1.4 Mạch điều chỉnh điện áp Mạch điều chỉnh điện áp thực chức điều chỉnh điện áp ngõ thay đổi dải điện áp mong muốn Trong phạm vi đề tài, nguồn thiết kế cần cung cấp điện áp DC điều chỉnh khoảng 0V…+15V -15V…0V IC LM 317 LM 337 Hình 2.5 IC LM317 Khi cần nguồn điện áp ổn định điều chỉnh được, ta sử dụng IC ổn áp LM317 cho nguồn dương IC LM337 cho nguồn âm Cụ thể IC LM317 linh kiện có chức ổn định điện áp dương điều chỉnh với dải điện áp điều chỉnh khoảng từ +1,25V đến +37V với dòng điện ngõ tối đa 1,5A Tương tự, IC LM337 linh kiện có chức 14 ổn định điện áp âm điều chỉnh với dải điện áp điều chỉnh IC LM337 từ -1,25 đến -37V, với dòng điện ngõ tối đa 1,5A Sơ đồ mạch nguồn điều chỉnh sử dụng IC LM 317 LM 337 thiết kế sau: LM317 +15V Vin Vout R2 1kΩ ADJ D5 1N4007G 0.1µF Nguồn_AC D1 D2 1N4007G 1N4007G D3 D4 1N4007G 1N4007G C1 2200µF Biến_thế 220Vrms 50Hz 0° 0.1µF 100µF 100µF C2 2200µF 100µF 10kΩ Key=A 50 % 10kΩ Key=A 50 % 0.1µF 0.1µF R4 1kΩ D6 1N4007G 100µF ADJ Vin Vout -15 0V LM337 Hình 2.6 Mạch nguồn điều chỉnh sử dụng IC LM 317 LM 337 IC XL4015 XL4015 IC hạ áp BUCK DC/DC có tần số điều chỉnh độ rộng xung (PWM) 180 kHz cố định IC sử dụng phương pháp giảm áp xung để giảm áp DC, với điện áp đầu vào đến 40 V, có khả chịu dòng tải tối A hiệu suất cao, nhiễu Chức điều khiển độ rộng xung IC có khả điều chỉnh tỉ lệ chu kỳ làm việc từ 0~100% IC tích hợp sẵn chức bảo vệ dòng Khi chế độ bảo vệ ngắn mạch bật, mạch giảm tần số từ 180 kHz xuống 48 kHz Hình dạng IC XL 4015 sơ đồ mạch nguồn điều chỉnh sử dụng IC XL 4015 thiết kế hình bên dưới: 15 Hình 2.7 IC XL4015 Nguồn: XL4015 datasheet (xlsemi.com) Hình 2.8 Mạch nguồn sử dụng IC XL4015 IC LM2596 IC LM2596 IC hạ áp – ổn áp dạng xung DC có tổn hao lượng thấp, hiệu suất cao với chế băm xung tần số lên tới 150 kHz Điện áp ngõ vào IC lên đến 40V điện áp đầu điều chỉnh khoảng từ 1,2V-35V Khi hoạt động IC LM2596 lắp thiết bị tản nhiệt chịu dịng điện đầu đến 3A Mạch hạ áp – ổn áp IC LM2596 minh họa hình bên dưới: 16 Nguồn: http://www.estek.com.cn/en/index.asp Hình 2.9 Mạch nguồn sử dụng IC LM2596 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực mục tiêu đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành tìm hiểu, phân tích linh kiện, thiết bị thiết kế, chế tạo Bộ nguồn điện chiều, xoay chiều cấp điện cho board mạch thực hành học phần Mạch điện tử, cụ thể: Phân tích, đánh giá yêu cầu nguồn điện nhằm kết nối với board mạch thực hành có học phần Mạch điện tử Dựa yêu cầu cần thiết thiết bị, nhóm tổng hợp phương pháp khả thi, phân tích so sánh giải pháp Nhóm nghiên cứu lựa chọn giải pháp hiệu quả, phù hợp để triển khai Trong đề tài này, nhóm sử dụng phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp kế thừa: tham khảo tài liệu, đề tài tương tự làm cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí, nguồn từ internet điện tử hướng dẫn sử dụng linh kiện Nghiên cứu board mạch hỗ trợ hoạt động ổn định, có sẵn thị trường nhằm rút ngắn trình tạo sản phẩm giảm chi phí nghiên cứu - Phương pháp quan sát so sánh: khảo sát, so sánh, phân tích, đánh giá ưu nhược điểm số linh kiện, mạch điện thực tế để chọn lựa phương án tốt đáp ứng yêu cầu đề tài 17 - Phương pháp thực nghiệm: từ ý tưởng kiến thức vốn có, kết hợp với khảo sát thực tế thị trường, đề tài lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác Từ đó, chọn lọc mạch điện tối ưu, đáp ứng thích hợp với loại thiết bị Đo kiểm thông số thực tế hiệu chỉnh cho phù hợp 18 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 KẾT QUẢ Bộ nguồn thiết bị có vai trị quan trọng cung cấp nguồn điện chiều có điện áp ổn định cho linh kiện điện tử làm việc Bộ nguồn bổ sung giảng dạy thực hành Mạch điện tử thực hành nguồn cung cấp nguồn điện chiều với mức điện áp khác bao gồm nguồn ±5 VDC, ±12 VDC, nguồn điều chỉnh từ -15 VDC đến V, nguồn điều chỉnh từ V đến +15 VDC, cung cấp nguồn xoay chiều 12 VAC có tính ổn định cao, dịng điện, điện áp ngõ đáp ứng yêu cầu thực hành môn học Để chế tạo nguồn có điện áp ngõ ổn định đáp ứng yêu cầu đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành so sánh linh kiện, thiết bị sử dụng, lựa chọn linh kiện dựa cấu tạo, chức chúng cho đáp ứng tốt yêu cầu đề tài, đảm bảo cho nguồn hoạt động ổn định, bền bĩ Mạch nguyên lý mạch điện thiết kế mô phỏng, kiểm thử kết hoạt động phần mềm Multisim hãng National Instruments Sơ đồ mạch in nguồn thiết kế phần mềm Eagle Mạch điện thực tế lắp ráp, so sánh kết hoạt động sử dụng linh kiện khác Biến áp sử dụng loại nguồn vào 220 VAC, ngõ có điện áp đối xứng 12V (0-12-24V) Điện áp đối xứng 12 VAC đưa qua cầu diode chỉnh lưu tụ lọc nguồn có điện dung 2200μF/25V để có điện áp chiều DC có điện áp đối xứng khoảng -17V 0V +17V Nguồn điện DC đưa vào IC ổn áp để có điện áp ngõ ổn định 19 Để có điện áp âm ổn định ngõ ra, nhóm nghiên cứu sử dụng linh kiện IC 7905, 7912 để tạo nguồn điện áp âm ổn định -5V, -12V; IC LM337 để tạo nguồn điện áp âm điều chỉnh khoảng -15 đến 0V Để có điện áp dương ổn định ngõ ra, nhóm nghiên cứu sử dụng mạch hạ áp với IC XL4015 để tạo nguồn điện áp dương ổn định +5V, +12V nguồn điện áp dương điều chỉnh khoảng đến +15V Dựa vào yêu cầu nguồn, sơ đồ mạch điện thiết kế trình bày chương II Nhóm nghiên cứu tiến hành làm mạch in, lắp ráp mạch, chạy thử nghiệm, đo đạc kết quả, đấu nối nguồn hoạt động thử với board mạch thực hành, sau chỉnh sửa thơng số mạch điện để có mạch điện ổn định, đáp ứng yêu cầu đề Đồng thời nhóm nghiên cứu thiết kế vỏ nguồn đáp ứng yêu cầu, chắn chắn, dễ sử dụng trình sinh viên thực hành Kết đo kiểm hoạt động nguồn thiết kế đồng hồ đo vạn VOM cho thấy điện áp ngõ ổn định theo mức điện áp mong muốn Mạch đảm bảo điện áp ổ định, dòng điện cung cấp đủ cho mạch thực hành Nhóm nghiên cứu tiến hành sử dụng nguồn để cấp nguồn hoạt động cho board thực hành Kết nguồn cung cấp điện áp ổn định đáp ứng yêu cầu board thực hành, board thực hành hoạt động bình thường thời gian dài Bộ nguồn thiết kế xong hoạt động tốt, tương thích với yêu cầu board mạch thực hành có Thiết bị thiết kế chắn, thẩm mỹ, mạch điện hoạt động ổn định, an tồn với ngõ có điện áp khác đáp ứng mục tiêu đề tài yêu cầu thực tế thiết bị thực hành 20 Hình ảnh thực tế nguồn sau: Hình 3.1 Bộ nguồn thiết kế 21 3.2 THẢO LUẬN Sau trình tìm hiểu, nghiên cứu, chế tạo nhóm nghiên cứu hồn thành việc chế tạo “bộ nguồn điện bổ sung thiết bị giảng dạy thực hành thí nghiệm học phần Mạch điện tử” Đề tài hoàn thành đạt mục tiêu đặt trình bày đầy đủ kiến thức liên quan Bộ nguồn sau chế tạo xong đáp ứng yêu cầu thực hành Mạch điện tử Bộ nguồn dễ dàng sử dụng kết nối điều chỉnh điện áp Ngoài việc đáp ứng nguồn cho thực hành người học nguồn cịn đáp ứng việc nghiên cứu, cung cấp nguồn cho việc sửa chữa thiết bị điện tử Với việc chế tạo nguồn này, giảng viên giảng dạy tổ chức lớp học thành nhiều nhóm thực hành hơn, tạo điều kiện cho sinh viên có thêm thời gian trực tiếp thao tác, thực hành với thiết bị, quan sát, phân tích kết thực hành, qua nâng cao chất lượng dạy học học phần Mạch điện tử Đồng thời, Khoa chủ động việc sửa chữa, thay nguồn có bị trục trặc, hư hỏng để đảm bảo tiến độ, chất lượng giảng dạy Bộ nguồn thiết bị có vai trị quan trọng cung cấp nguồn điện chiều có điện áp ổn định cho thiết bị thực hành Do đó, nguồn cần tiếp tục nghiên cứu, cải tiến, phát triển chất lượng mạch điện vẻ thẩm mỹ bên Việc kết hợp nguồn với phát xung thiết bị phù hợp cho việc học tập, giảng dạy nghiên cứu học phần Mạch điện tử Đây hướng phát triển sâu rộng thời gian tới 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vương Quang Huy, Thiết kế chế tạo nguồn DC đa Trường Cao đẳng kỹ thuật công nghiệp, 2014 Trang web Chuyên trang thực hành điện tử, sửa chữa điện tử gia dụng, tự học điện tử!!: Sơ đồ mạch nguồn sử dụng ic ổn áp họ 78xx 79xx (bachkhoadientu.com), truy cập ngày 26/04/2021 Trang web Chuyên trang thực hành điện tử, sửa chữa điện tử gia dụng, tự học điện tử!!: Sơ đồ mạch nguồn sử dụng ic ổn áp LM317 (bachkhoadientu.com), truy cập ngày 26/04/2021 Trang web Tìm hiểu LM337 (dientutuonglai.com), truy cập ngày 26/04/2021 Trang web Mạch ổn áp sử dụng LM7805 (dientutuonglai.com), truy cập ngày 26/04/2021 Trang web http://www.estek.com.cn/en/index.asp, truy cập ngày 26/04/2021 Trang web XL4015 datasheet (xlsemi.com), truy cập ngày 26/04/2021 Vutbay.net, Giáo trình Eagle Vẽ thiết kế mạch điện 23