đồ án môn học đề tài thiết kế chế tạo mạch hạ áp 220v ac sang 12v dc

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.bPhân loạiĐiện trở thường: điện trở thường là các loại điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA : ĐIỆN ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH HẠ ÁP

220V AC SANG 12V DC

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :Nguyễn Văn Thắng SINH VIÊN THỰC HIỆN : Ngô Văn Tới Lâm Văn Tuyên LỚP : 122211.5

Hưng Yên 2022

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2023 Giảng viên hướng dẫn

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 7812 6

1.4 Biến áp 7

1.5 Diode 9

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 17

2.2 Khối nguồn 17

2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 20

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 22

3.1 Kết quả 22

3.2 Hạn chế 22

3.3 Hướng phát triển đề tài 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, trên con đường công nghiệp hóa và hiện đại đất nước ngành điện – điện tử nói chung, hay điện tử nói riêng đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể cho xã hội và đất nước Làm theo lời Bác học phải đi đôi với làm, bên cạnh những giờ lý thuyết trên lớp vẫn cần chau dồi thêm kiến thức thực tế bằng cách thực tập tự học

tự tìm tòi thêm.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp chúng

em kiểm chứng được lý thuyết đã được học trên lớp và cũng là chau dồi thêm kiến thức thực tế

Trong đồ án lần này, chúng em đã được nhận đề tài :

“THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH HẠ ÁP 220V AC SANG 12V DC ”

Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công đáp ứng được cơ

bản yêu cầu của đề tài

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc về

lý thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm Tuy nhiên, chúng em đã nhận

được sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của thầy (cô): Nguyễn Văn Thắng cùng

với sự góp ý của các thầy cô trong khoa và các bạn trong lớp Đựơc như vậy chúng

em xin chân thành cảm ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của cô giáo và các bạn trong các đồ án sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

1.1.Điện trở

a) khái niệm ,cấu tạo ,kí hiệu

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

1.3 IC 7812

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn

áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx,79xx, với xx là điện áp cần ổn áp

VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V.

Việc dùng các loại IC ổn áp họ 78xx tương tự nhau

Hình 1.3: sơ đồ chân ic7805

Sơ đồ chân của IC 7812:

Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên)

Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên)

Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên)

Một số thông số kĩ thuật:

Dòng cực đại có thể duy trì 1.5A

Dòng đỉnh 2.2A

Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Nếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy

Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị trên Các giá trị cũng không nên dùng gần giá trị max của các thông số trên Tốt nhất nên dùng ≤ 2/3 max Hơn nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C

1.4 Biến áp

Cấu tao:

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

Hình 1.4: Mô hình máy biến áp với khung sắt,cuộn sơ 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

1.5 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

Phân loại:

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

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

2.1 Sơ đồ khối

Điện áp 1 chiều

Biến áp Chỉnh lưu Bộ lọc

* Biến áp

Gồm 1 cuộn dây sơ cấp hoặc vài cuộn dây thứ cấp quấn trên cùng 1 khung đỡ bằng giấy cách điện nhựa hay bakelit,bên trong có lõi thép khép kín

Lõi thép của biến áp có thể dùngcác lá thép kĩ thuật điện ghép lại với nhau hoặc dung lõi khép kín

Lõi thép của máy biến áp có thể dung các lá thép kĩ thuật điện ghép lại hộăc dung lõi Feritte đúc Một số ít trường hợp dung biến áp không khí

Cuọn sơ cấp là cuộn mà người ta đưa dòng điện xoay chiều vào, cuộn thứ cấp la cuộn đưa dòng điện đã được biến đổi ra ngoài để sử dụng

Ở đây ta sử dụng biến áp biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều

có giá trị là 6V, 9V , 12V, 15V ,24V…

* Mạch chỉnh lưu

-Giả sử ở bán kỳ dương ứng với điểm A dương (+),điểm B âm (-), các đioe D1 ,D3 phân cực thuận nên dẫn điện , dòng điện đi từ A quan D1 , qua tải sau đó qua D3 và về

B Trong khi đó D2 , D4 phân cực ngược nên không dẫn điện

- Ở bấn kỳ âm của điện ápvào U1, điểm B dương so vơi điểm A lúc này D2, D4 phân cực thuận nên dẫn điện Dòng điẹn đi từ B qua D2 sau đó quả tải qua D4 và về A Và lúc này D1 và D3 phân cực ngược nên không dẫn điện

-Như vậy trong cả hai nửa chu kỳ của tín hiệu vào U1.có dòng diện 1 chiều qua tảivà tạo ra điện áp 1 chiều ở ngõ ra tức U3 lúc này là diện áp ra không bằng phẳng

* Mạch lọc dung tụ điện :

Mạch lọc này có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U3 thành điện áp 1 chiều ít nhấp nhô hơn

Khi điện áp 1 chiều tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất Vmax ,tụ điện được nạp

điện đến giá trị UC=Umax Khi điện áp ra giảm từ đỉnh về 0, tụ điện xả điện bù vào

sự giảm độ gợn sóng của điện áp 1 chiều đập mạch , đồng thời giá trị trung bình của điện áp 1 chiều ở ngõ ra cũng tăng lên Điện áp 1 chiều ra 1 chiều có đọ gợn sóng nhỏ phụ thuộc vào tải nếu dòng tải nhỏ, tụ phóng điện yếu do đó đọ gợn sóng nhỏ Nếu sóng nhỏ phụ thuộc vào tải Nếu dòng tải nhỏ, tụ phóng điện yếu do đó độ gợn sóng nhỏ Nếu dòng tải lớn tụ điện phóg điện nhiều hơn do đó độ gợn sóng lớn Độ gợn sóng cũng phụ thuộc vào điện dung của tụ điện

Tác dụng của tụ điện:

Trong dòng điện 1 chiều điện áp đập mạch U3 gồm cả 2 thành hần1 chiều và thành phần xoay chiều còn sót lại, do đó đạc tính của tụ điện chỉ cho dòng xoay chiều đi qua

mà không cho dòng 1 chiều đi qua

nếu chọn C có trị số tương đối lớn thí Xc khá nhỏ, nên thành phần xoay chiều lúc này

sẽ qua tụ xuống mass mà không di qua tải Thành phần 1 chiều không thẻ qua tụ C nên toàn bộ đi qua tải

Vì vậy trong mạch ta chọn các tụ:

C6,C8:có nhiệm vụ san bằng mức điện áp cao

C5,C7:có nhiệm vụ lọc xung đột biến

2.2Khối nguồn

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 đi qua ic 7812

Nguồn cũng cấp cho toàn mạch là nguồn +12V 1 chiều Nguồn ta dùng ở đây có tính ổn định cao , nên chúng ta dùng 2 tụ 1000uf 35v để lọc phẳng điện áp Và 2 tụ

104 để cắt tần số nhiễu

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

Điện áp hiện tại là 13.4V 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

2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch Nguyên lý làm việc :

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

Điện áp hiện tại sau khi đi qua cầu diode là 13.4V DC Sau chỉnh lưu và ổn áp điện

áp còn nhấp nhô ta cho qua tụ để san phẳng điện áp, sau đó sẽ đi qua ic 7812

Tụ điện có điện ta dùng trong mạch càng lớn thì điện áp đầu ra càng phẳng cùng với tụ phân cực ta dùng thêm tụ gốm để lọc nhiễu cao tần

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

Với chỉ tiêu Ura =12 V, theo đặc tính kỹ thuật của 7812 thì điện áp vào IC cần thoả mãn 15V ≤ Uin≤ 36V, do đó UIn = 15V, 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 = 16,4 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:

= = 20.69

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 = 20.69 * 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

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): Nguyễn Văn Thắng 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 ơn thầy cô!

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 !