Tên đề tài thiết kế và chế tạo bộ nguồn biến đổi điện áp dc 0 12v

Bằng cách nào đó người ta phải tìm cách biến đổi nguồn điện xoay chiều cao áp này thành các điện áp một chiều thấp như trên.. Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn điện một

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ NGUỒN BIẾN ĐỔI

ĐIỆN ÁP DC 0-12V

Sinh viên thực hiện: Trần Đắc Việt

Trần Đình Toàn

Lớp: 12221.15

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Thắng

Hưng Yên 2023

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2023 Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Thắng

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 5

1.1.Điện trở 5

1.2 Tụ điện 6

1.3 IC 78XX 6

1.4 IC 79XX 6

1.5 Biến áp 7

1.6 Diode 9

1.7 LM317 10

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO……… …13

2.2 Khối nguồn 13

2.3 Khối điều khiển 14

2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 15

2.5 Sơ đồ bố trí linh kiện 16

2.6 Hình ảnh mạch thực 17

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 18

3.1 Kết quả 19

3.2 Hạn chế 20

3.3 Hướng phát triển đề tài 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

LỜI NÓI ĐẦU

Đến với điện tử không thể không biết đến các loại mạch nguồn nuôi trong các thiết bị điện tử Mạch nguồn là một trong những khối mạch quan trọng nhất của một thiết bị máy móc Nó được coi như là nguồn năng lượng sống còn để cho máy móc hoạt động Một người học điện tử cần cố gắng am hiểu càng nhiều loại mạch nguồn càng tốt Điều này sẽ giúp khắc phục sự cố của thiết bị một cách nhanh chóng hơn bao giờ hết

Khi tìm tìm hiểu về mạch nguồn ,điều đầu tiên chúng ta phải hiểu thấu đáo nhiệm vụ của mạch nguồn cũng như các kiểu cấu tạo của nó trong thực tế Các mạch điện tử hoạt động ở điện áp một chiều có điện áp thấp như 3.3V, 5V, 6V, 8V, 9V, 12V trong khi đó nguồn điện chính trong mỗi gia đình đó là nguồn điện xoay chiều AC 220V Bằng cách nào đó người ta phải tìm cách biến đổi nguồn điện xoay chiều cao áp này thành các điện áp một chiều thấp như trên Ở đây, mạch nguồn sẽ giúp chúng ta giải quyết bài toán biến đổi điện áp đó

Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn điện một chiều ổn áp và

dựa vào những kiến thức được học cũng như tự tìm hiểu, em đã chọn đề tài: “Thiết

kế mạch nguồn ổn áp một chiều, có điện áp ra có thay đổi (0 – 35v)sử dụng ic lm317” để qua đó tìm hiểu kĩ hơn về nguyên lí hoạt động của các mạch nguồn

đồng thời củng cố thêm kĩ năng trong thiết kế các mạch điện tương tự

Trong quá trình thực hiện đề tài em xin chân thành cảm ơn thầy giáo : Phạm

Văn Thắng đã tận tình hướng dẫn em giúp em hoàn thành đề tài này.

Do khả năng kiến thức ản thân còn hạn chế , đề tài chắc chắn không tránh những thiếu sót ,em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1) Giới thiệu linh kiện

Khái niệm:

Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để cản trở dòng điện

Ký hiệu và hình dạng:

Ký hiệu hình dạng Hình 1.1: ký hiệu và hình dạng của điện trở Cấu tạo :

Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điển trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn

b)Phân loại

Điện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt

Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên lõi than và có

1 lớp cách điện thường bằng sứ hoặc nhựa tổng hợp để tạo ra điện trở có giá trị nhỏ và chịu được công suất tiêu tán lớn Thường được sử dụng trong các mạch cung cấp điện của các thiết bị điện

Điện trở điều chỉnh: hay còn gọi là biến trở, giá trị điện trở có thể thay đổi được tùy ý

1.2 Tụ điện

a) Khái niệm

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động có khả năng tích và giải phóng năng lương lượng dưới dạng điện trường

Khái niệm và hình dạng:

Ký hiệu

Hình dạng Hình 1.2: ký hiệu và hình dạng của tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sửdụng rất rộng rãi trong các mạch điện

tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

b) Cấu tạo

Cẩu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi

và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá

1.5 Biến áp

Cấu tao:

Bộ phận chính của máy biến áp là một khung sắt non (có pha silic) gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện lại với nhau để hạn chế dòng điện Fu-cô (Foucalt) Hai đầu có hai cuộn dây Cuộn thứ nhất có N1 vòng dây nối với nguồn phát điện gọi

là cuộn sơ cấp, cuộn thứ 2 có N2 vòng dây nối với các thiết bị tiêu thụ điện năng gọi là cuộn thứ cấp

cấp, cuộn thứ cấp

Hình 1.5: Ký hiệu máy biến áp trong mạch điện

Nguyên lý của biến áp:

Một điện áp hàm sin sẽ tạo ra dòng điện hàm sin trong cuộn dây sơ cấp, dòng điện này sẽ tạo ra một từ trường biến đổi luân phiên theo quy luật hàm sin Trong biến

áp, từ trường biến thiên này được cảm ứng tới một cuộn dây thứ hai qua một lõi sắt

từ Điện áp hàm sin được tạo ra trong cuộn dây thứ hai bởi sự thay đổi của từ thông ΔΦ

Tùy theo số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp mà quyết định biến áp là tăng áp hay hạ áp

1.6 Diode

Diodelà một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại

Cấu tạo:

Hình 1.6: Cấu tạo của diode Diode được cấu tạo từ là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại

N Diode có hai cực là Anot (A) và Katot (K), nó chỉ cho dòng một chiều từ A sang

K và nó được coi như van một chiều trong mạch điện và được ứng dụng rộng rãi trong các máy thu thanh thu hình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp

Chức năng:

dòng điện chạy từ dương sang âm, khi phân cực thuận, nghĩa là cấp điện dương vào cực dương của diode thì diode không khác gì 1 sợi dây dẫn điện bình thường, nhưng khi phân cực ngươc, cấp điện dương vào cực âm của diode thì diode trở thành 1 khúc gỗ không dẫn điện

Phân loại:

Có nhiều loại diode,như diode chỉnh lưu thông thường,điode Zener, diode phát quang (LED)…

1.7 LM 317

LM 317 là một IC ổn áp thông dụng được ứng dụng nhiều trong thực tế với các ưu điểm như điện áp ra ổn định cũng như cách điều chỉnh điện áp ra khá đơn giản (chỉ cần thay đổi giá trị một phân áp)

Một số đặc điểm thông số kỹ thuật cơ bản của LM 317 như sau:

* 1,2V ≤ UOUT ≤ 35V

* IOUT MAX = 1,5A

* 3V ≤ UIN - UOUT ≤ 40V

* IADJ = (50 ¸100) mA

* 10 mA ≤ IOUT ≤ IMAX

Hình 2.2: IC ổn áp LM317

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bên trong của ic LM317 :

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí IC LM317

Mạch sử dụng IC LM317, với cách mắc thông

thường (như hình 2.4) điện áp ra chỉ nằm trong

khoảng 1,2V đến 35V:

Hình 2.4: Sơ đồ ổn áp dùng LM317 Điện áp ra có thể điều chỉnh được nhờ thay đổi phân áp R1 , R2 Dòng điện ra tại chân ADJ có giá trị rất nhỏ (50 - 100mA) Điện áp trên R1 là 1,25V Khi đó điện

áp ra được tính theo công thức:

U = 1,25(1++Ir ADJR2

Do IADJ có giá trị rất nhỏ nên có thể tính gần đúng U như sau:r

Ur= 1,25(1+

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

2.1 Sơ đồ khối

Biến áp

Hình 2.1: Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh

Các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn:

- Điện áp vào 220VAV - 50Hz

- Điện áp ra 0 - 15VDC

- Dòng điện ra tải 3A

- Công suất cực đại 45W

Mạch chỉnh

Bộ lọc Ổn áp một

chiều

2.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế

Dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn như trên ta lựa chọn phương áp thiết kế cho từng khối của bộ nguồn và từ đó đưa ra sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn:

1 Biến áp

Ở đây do nguồn ổn áp được sử dụng ở lưới điện xoay chiều (220V - 50Hz) và công suất cực đại của nguồn là 45W (30VDC - 3A) nên ta sử dụng một biến áp có điện

áp vào 220V và điện áp ra 30V, dòng ra 3A

2 Mạch chỉnh lưu

Do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu

3 Bộ lọc nguồn

Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch UT thu được sau khối chỉnh lưu thành điện áp một chiều UO1 ít nhấp nhô hơn

Với những đặc điểm của phương pháp lọc bằng tụ điện như tính đơn giản cũng như chất lượng lọc khá cao nên ở đây ta sẽ sử dụng phương pháp lọc này cho khối nguồn

Ở đây do nguồn ổn áp được sử dụng ở lưới điện xoay chiều (220V - 50Hz) và công suất cực đại của nguồn là 45W (30VDC - 3A) nên ta sử dụng một biến áp có điện

áp vào 220V và điện áp ra 30V, dòng ra 3A

4 Khối ổn áp

Theo yêu cầu thiết kế mạch ổn áp có điện áp ra thay đổi từ 0V đến 30V nên ta sử dụng một IC ổn áp thông dụng là LM317 Do LM317 chỉ cho điện áp ra trong dải 1.2V - 35V (với cách mắc thông thường) nên ta phải sử dụng một cách mắc phối hợp nhằm điều chỉnh điện áp ra về mức 0V bằng cách dùng một khối mạch để tạo

ra điện áp âm

2.3 Nguyên lí hoạt động

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Điện áp đầu vào sau khi đi qua biến áp ha áp xuống từ 220V AC-50Hz xuống còn 15V AC.Tiếp theo được đi qua cầu diode để chuyển từ điện áp xoay chiều thành một chiều sau đó sẽ được san phẳng bởi tụ hóa, được lọc tần số cao thông qua tụ C1

Hình 2.3: Dạng sóng điện áp trước và sau chỉnh lưu

Điện áp hiện tại là 15V DC Sau chỉnh lưu và ổn áp điện áp còn nhấp nhô ta cho qua tụ để san phẳng điện áp

Tụ điện có điện dùng càng lơn thì điện áp đầu ra càng phẳng cùng với tụ phân cực

ta dùng thêm tụ gốm để lọc nhiễu cao tần

Hình 2.4: Dạng sóng điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện

Hình 2.5: Sơ đồ khối tạo tín hiệu Sau khi chỉnh lưu điện áp đầu ra đang là DC 12v điện áp này đi qua IC lm317 được điểu chỉnh trong dải 1.2V đến 12V

chân số 2 là chân hồi tiếp điện áp về, điện áp này được điều chỉnh trong dải phụ thuộc vào biến trở, điện áp hồi tiếp về đi xuống mas càng nhiều thì điện áp đầu ra càng giảm và ngược lại

2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

2.5 Sơ đồ mạch boar

Hình 2.8: Sơ đồ boar mạch

2.6 Sơ đồ bố trí linh kiện và hình ảnh thực tế

Hình 2.8: Sơ đồ bố trí linh kiện

Chương III: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ LẮP RÁP

MẠCH THỰC TẾ

I TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHO TỪNG KHỐI MẠCH

1 Biến áp

Hình 3.1: Biến áp nguồn

Với chỉ tiêu Ura max =12 V, theo đặc tính kỹ thuật của LM317 thì điện áp vào IC cần thoả mãn 3V ≤ UIn - UOut ≤ 40V, do đó UIn = 12V, mặt khác phải cộng thêm một lượng điện áp rơi trên hai diode chỉnh lưu, do đó điện áp ra trên cuộn thứ cấp

là U2 = UIn + 2 * 0,7 = 13,4 V

Xét khi điện áp lưới có giá trị nhỏ nhất Ulưới min = 200 V, và với điện áp ra yêu cầu trên cuộn thứ cấp là 13,4V ta có:

Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất Ulưới max = 240 V, điện áp ra lớn nhất trên cuộn thứ cấp:

= = 16.0

Ta có dòng điện ra trên khối nguồn cũng là dòng điện ra trên cuộn thứ cấp của biến áp: Ira = I2 = 1A

Do đó công suất lớn nhất mà biến áp cung cấp là:

P2 = U2 * Ir = 16 * 1= 16 W

Giả sử rằng tổn hao trên hai diode chỉnh lưu là 10% thì công suất thực của biến áp là: = 14.4 W

2 Chỉnh lưu

Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất Ulưới max = 240 V, điện áp ngược đặt lên diode chỉnh lưu:

= 16 V

Dòng điện lớn nhất qua diode: ID = I2 = 1A

Hệ số gợn sóng (khi Ct = 0) W = 0,49

Tần số của điện áp ra bộ chỉnh lưu: 100Hz

Do đó ta lựa chọn diode chỉnh lưu loại: IN5408

3 Lọc nguồn

Sau khi qua khối chỉnh lưu cầu thì tụ lọc cũng phải đảm bảo chịu được điện áp lớn nhất là 16V Do đó ta chọn một tụ lọc có Umax = 25 V

Để xác định điện dung của tụ ta dựa vào độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu:

Chọn độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu là Kgs = 20% = 0,2

Chu kì chỉnh lưu = 0.01 (s)

Điện trở tải tương đương: =

Khi đó: =

Khi đó: (F)

Vậy ta chọn tụ lọc : 1000uf / 25V

3 Phân áp lấy điên áp ra

Hình 3.2: Khối phân áp

Phân áp R1 và R2 có nhiệm vụ làm thay đổi điện áp ra theo sự biến thiên của biến trở R2

Ur= 1,25(1+

Để tạo ra một điện áp có sự biến thiên từ 2-35v thì :

2,11,25(1+

0.68R1R213.4R1 Vậy ta có thể chọn R1 = 100 ,biến trở R2 = 5k

KẾT LUẬN 3.1 Kết quả

Sau thời gian thực hiện đồ án môn học, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy (cô) ……… chúng em đã hoàn thành đồ án theo quy định Để thực hiện được yêu cầu của đề tài, chúng em đã không ngừng học hỏi, những vấn đề về các linh kiện điện tử và các vấn đề khác liên quan Vì thế kiến thức về điện tử, kinh nghiệm thực tế về làm mạch đã có sự tiến bộ Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơncô!

3.2 Hạn chế

- Vì sản phẩm làm ra chỉ mang tính nghiên cứu nên còn mang tính cơ bản và chưa được sử dụng rộng rãi ngoài thực tế

- Do thời gian và điều kiện của sinh viên nên sản phẩm chưa được hoàn hảo

3.3 Hướng phát triển đề tài

Mạch hoạt động tốt nhưng công suất còn nhỏ, chúng ta có thể tăng công suất của mạch lên cao hơn

Trên đây là đồ án môn học của em sau một thời gian nguyên cứu tìm hiểu đã hoàn thành Vì kiến thức còn hạn chế cùng với thời gian có hạn đồ án còn nhiều thiếu sót và bất cập rất mong mọi ý kiến đóng góp để em có thể sửa đổi và được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !