Đồ Án kỹ thuật Điện tử Đề tài mạch nguồn Đối xứng Đa mạch nguồn Đa năng + 5 + 9 + 12

6 Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết trong các lĩnh vực kinh tế- xã hội c

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA: CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: MẠCH NGUỒN ĐỐI XỨNG ĐA MẠCH NGUỒN ĐA

NĂNG +-5 +-9 +-12

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Trịnh Thanh Nga

SINH VIÊN THỰC HIỆN : Nguyễn Bá Khải

: Nguyễn Huy Hùng

LỚP : 110213

Hưng Yên 2023

2

3

Contents

Lời nói đầu 6

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGUỒN 7

1.1 Khái niệm chung về bộ nguồn ổn áp 7

1.2 Tầm quan trọng của bộ nguồn ổn áp 7

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ỔN ÁP 8

2.1 Thiết kế mạch nguồn ổn áp thấp một chiều đầu ra cố định 8

2.1.1 Sơ đồ khối 8

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý 9

2.1.3 Các thiết bị và linh kiện trong sơ đồ 9

2.2 Tính toán và chọn linh kiện 10

2.2.1 Biến áp 10

2.2.2 Các loại IC ổn áp 11

2.2.2.1 Họ 78xx 11

2.2.2.2 Họ 79xx 11

2.2.2.3 Cách xác định chân của họ 78XX và 79xx 12

2.2.3 Mạch chỉnh lưu cầu 12

2.2.4 Tính toán và chọn tụ 13

2.2.5 Tính toán dòng điện cho bóng đèn báo tín hiệu 13

2.2.6 Tính công suất đầu ra 14

2.2.7 Bảng thống kê các linh kiện sử dụng 15

2.3 Sơ đồ lắp đặt 16

4 2.4 Mạch thực tế 17 CHƯƠNG III : KẾT LUẬN 19

5

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày tháng năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

6

Lời nói đầu

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết trong các lĩnh vực kinh tế- xã hội cũng như trong đời sống Trong tất cả các thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp là một trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc ổn định của hệ thống Hầu hết các thiết bị điện tử đều sử dụng các nguồn điện một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao Hiện nay kỹ thuật chế tạo các nguồn điện ổn áp cũng đang là một khía cạnh đang được nghiên cứu phát triển với mục đích tạo ra các khối nguồn có công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn điện một chiều ổn áp và củng cố lại những kiến thức được học và áp dụng thực hành trong thực tế, nên em

đã chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo nguồn ổn áp đa năng ” 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 cô giáo Trịnh Thanh Nga đã hướng dẫn em hoàn thành đề tài này Do khả

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

Sinh viên thực hiện Nguyễn Bá Khải Nguyễn Huy Hùng

7

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGUỒN

1.1 Khái niệm chung về bộ nguồn ổn áp

- Các mạch điện tử và các thiết bị nói chung muốn hoạt động tốt cần phải được cung cấp năng lượng điện ổn định Mạch nguồn cung cấp tiếp nhận năng lượng từ các nguồn điện xoay chiều (AC) hoặc một chiều (DC) và biến đổi thành nguồn năng lượng cung cấp cho mạch điện tử dưới dạng một nguồn áp một chiều thích hợp và

ổn định đối với các biến động của nguồn và tải

1.2 Tầm quan trọng của bộ nguồn ổn áp

- Trong tất cả các thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp là một trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc ổn định của hệ thống Hầu hết các thiết

bị điện tử đều sử dụng các nguồn điện một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao Hiện nay kỹ thuật chế tạo các nguồn điện ổn áp cũng đang là một khía cạnh đang được nghiên cứu phát triển với mục đích tạo ra các khối nguồn có công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ

- Ngoài ra, đề tài còn giúp sinh viên có thể củng cố kiến thức tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là các sinh viên khoa Điện - Điện tử , khoa Cơ Khí tham khảo học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho sinh viên khóa sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là giúp cho chúng em hiểu sâu hơn về nguyên lý mạch nguồn có thể tự thiết kế

ra nó từ đó tích lũy được kiến thức cho các năm học sau và ngoài thực tế

8

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

NGUỒN ỔN ÁP

2.1 Thiết kế mạch nguồn ổn áp thấp một chiều đầu ra cố định

2.1.1 Sơ đồ khối

Hình 2.1 : Sơ đồ khối

- Biến áp : biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị thích hợp với yêu cầu

- Mạch chỉnh lưu : có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một chiều không bằng phẳng U0 Sự không bằng phẳng này phụ thuộc cụ thể vào từng dạng mạch chỉnh lưu

- Mạch lọc : có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U0 thành điện áp một chiều U1 ít nhấp nhô hơn

- Mạch ổn áp một chiều : có nhiệm vụ ổn định điện áp ( dòng điện ) ở đầu ra Ur (It) ,khi U01 thay đổi theo sự mất ổn định của U1 hay dòng tải It thay đổi

- Tiêu chuẩn của khối nguồn: - Điện áp vào 220VAC – 50Hz

- Điện áp ra : ±5𝑉𝐷𝐶 ± 9𝑉𝐷𝐶, ±12𝑉𝐷𝐶

9

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý

2.1.3 Các thiết bị và linh kiện trong sơ đồ

a Biến áp

Ở đây có nguồn 220V và 50Hz nên ta dùng biến áp loại có điện áp vào 220V

và điện áp ra 3 cấp 5V,9V,12V – 1A

b Mạch chỉnh lưu

Do những ưu điểm của Diode cầu là hiệu suất chỉnh lưu cao nên ta sẽ dùng Diode chỉnh lưu cầu KBP307

c Bộ lọc nguồn

Bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san bằng sự nhấp nhô của dòng điện ra ở mạch chỉnh lưu Do bộ lọc bằng tụ đơn giản mà hiệu quả cao nên ta sẽ dùng bộ lọc bằng

tụ

d Khối ổn áp

10

Do tính dễ sử dụng và hiệu suất làm việc cao, dễ lắp ráp nên chúng ta sẽ sử dụng khối ổn áp họ IC 78xx(để ổn áp dòng dương) và 79xx (để ổn áp dòng âm)

2.2 Tính toán và chọn linh kiện

2.2.1 Biến áp

Biến áp có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều từ mạng điện dân dụng thành dòng xoay chiều có điện áp cần thiết đối với mạch chỉnh lưu

- Biến áp có nhiều loại như

+Biến áp cảm ứng (cách ly) : có tính chống giật, dùng cho thiết bị có yêu cầu cao về điện áp cấp như: Thiết bị y tế, thí nghiệm, thiết bị âm thanh,…

+Biến áp tự ngẫu : giá thành rẻ

- Vì mục đích sử dụng là để làm thí nghiệm nên ta chọn biến áp cảm ứng với đầu vào 220V , đầu ra 15V-1A

11

2.2.2 Các loại IC ổn áp

2.2.2.1 Họ 78xx

78xx là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra với điều kiện đầu vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V Tùy loại IC 78 mà nó ổn áp đầu ra là bao nhiều

Ví dụ : 7806 - 7809

+ 78xx gồm có 3 chân :

1 : Vin - Chân nguồn đầu vào

2 : GND - Chân nối đất

3 : Vo - chân nguồn đầu ra

Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 2V đến 3V

- Những dạng seri của 78XX

LA7805 IC ổn áp 5V

LA7806 IC ổn áp 6V

LA7808 IC ổn áp 8V

LA7809 IC ổn áp 9V

LA7812 IC ổn áp 12V

LA7815 IC ổn áp 15V

LA7818 IC ổn áp 18V

LA7824 IC ổn áp 24V

2.2.2.2 Họ 79xx

Cũng như họ 78xx thì họ 79xx có hoạt động tương tự nhưng điện áp đầu ra là

âm (-) trái ngược với họ 78 Cũng có nhiều loại mức ổn áp đầu ra như dòng 78 :

7905, 7906

12

2.2.2.3 Cách xác định chân của họ 78XX và 79xx

2.2.3 Mạch chỉnh lưu cầu

- Ở bán kỳ dương: (A+, B-): Có dòng điện từ A->E->D1->F->C->Rt->D-

>H->D3->G->B

- Ở bán kỳ âm (A-, B+): Có dòng điện từ B->G->D2->F->C->Rt->D->H-

>D4->E->A

Vậy ở cả hai cực tính của nguồn xoay chiều khi qua mạch chỉnh lưu cầu đều được đưa về nguồn 1 chiều, hiệu suất cao

13

2.2.4 Tính toán và chọn tụ

- Tụ có điện dung lớn để san phẳng điện áp để làm giảm độ gợn sóng Chọn tụ có giá trị của tụ lọc tính gần đúng theo biểu thức sau:

(𝑚𝑑𝑚 W.𝑅𝑡 𝑘𝑑𝑚)

Ta có : trong mạch chỉnh lưu cầu 4 diode : 𝑚𝑑𝑚= 2 Để cho sóng ra bằng phẳng người ta chọn : 𝑘𝑑𝑚=0.1, W = 2πf = 2π.50 =100π (rad/s)

Khi 𝐼𝑚𝑎𝑥 =1A và 𝑈𝑟𝑚𝑎𝑥 = 12V thì có : Z= 12

1 =12 Ω Vì dòng điện ra là dòng một chiều nên ta có Z = 𝑅𝑡 =12Ω

(mdm W.R Kdm) = 1

2.100π.12.0,1 =13.2 10−4 F=130µF Với giá trị như vậy ta có thể chọn tụ là: 220µF ; 2200µF

- Chọn tụ lọc cao tần là tụ gốm 104 vì tụ này có tần số lọc lớn f= 1

2π Xc C

2.2.5 Tính toán dòng điện cho bóng đèn báo tín hiệu

Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )(3V- 0,02mA)

Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện

14

Để thu được điện áp 3V DC cho Led ta cần tạo sụt áp 2V ở cuối nguồn của 5V DC Mà dòng thu được sau nguồn 5V DC

𝐼

⇒ R= 0.02mA2 = 100Ω

Vậy điện trở cần trong mạch là 100Ω

Tương tự với nguồn 9V, muốn thu được điện áp 3V DC cho Led ta cần sụt áp 6v

0.02mA =300 Ω

Vậy R dùng cho led báo ở mạch 9V là 300Ω

Tương tự với nguồn 12V, muốn thu được điện áp 3V DC cho Led ta cần sụt áp 9v

0.02mA =450 Ω

Vậy R dùng cho led báo ở mạch 12V là 450Ω

2.2.6 Tính công suất đầu ra

Công thức tính công suất: P=U.I

Ta có 𝐼𝑚𝑎𝑥= 1A và các nguồn đầu ra 5V, 9V, 12V từ đó ta thu được 3 công suất đầu

ra khác nhau

+Với trường hợp: 𝑈𝑟𝑎 = 5V ta có công suất đầu ra là:

P= 5.1 = 5 (W) +Với trường hợp: 𝑈𝑟𝑎 = 9V ta có công suất đầu ra là:

P= 9.1 = 9 (W) +Với trường hợp: 𝑈𝑟𝑎 = 12V ta có công suất đầu ra là:

15

P= 12.1 = 12 (W)

Từ trên ta thu được 3 công suất đầu ra từ đó ta sẽ chọn các tải phù hợp với công suất đầu ra của mạch đó

2.2.7 Bảng thống kê các linh kiện sử dụng

Tên thiết bị , linh kiện Thông số Số lượng

480Ω

6

16

2.3 Sơ đồ lắp đặt

2.3.1 Sơ đồ lắp đặt mạch ổn áp đầu ra ±5VDC

Hình 2.3 : Sơ đồ lắp đặt mạch nguồn ổn áp đầu ra ±5𝑉𝐷𝐶

2.3.2 Sơ đồ lắp đặt mạch nguồn ổn áp đầu ra ±𝟗𝑽𝑫𝑪

Hình 2.4 : Sơ đồ lắp đặt mạch nguồn ổn áp đầu ra ±9𝑉𝐷𝐶

17

2.3.3 Sơ đồ lắp đặt mạch nguồn ổn áp đầu ra ±𝟏𝟐𝑽𝑫𝑪

Hình 2.5 : Sơ đồ lắp đặt mạch nguồn ổn áp đầu ra ±12𝑉𝐷𝐶

2.4 Mạch thực tế

- Sơ đồ Layout

18 -Hình vẽ 3D mô phỏng trên Altium

- Hình ảnh thực tế

19

CHƯƠNG III : KẾT LUẬN

Sau một thời gian tìm hiểu, và được sự hướng dẫn của cô giáo : Ths Trịnh Thanh Nga, chúng em đã hoàn thành đồ án thiết kế: “Thiết kế và chế tạo nguồn ổn

áp”, đã kiểm tra hoạt động và đạt được các yêu cầu của đề tài Qua đề tài này chúng

em đã được hiểu hơn và áp dụng được các kiến thức đã học vào thực tế Hiểu được quá trình thiết kế chế tạo cũng như nguyên lý hoạt động của các hệ mạch đơn giản

Và từ đó giúp chúng em có thêm kiến thức để có thể thực hiện thiết kế các loại mạch

có độ phức tạp hơn Cuối cùng chúng em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của cô giáo

: Trịnh Thanh Nga đã giúp chúng em hoàn thành đề tài này

Sinh viên thực hiện Nguyễn Bá Khải Nguyễn Huy Hùng