ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP-nguồn một chiều DC

Phần I: Tổng quan về nguồn một chiều DC I, Giới thiệu chung 1– Khái niệm cơ bản về dòng điện 1.1, Cấu trúc nguyên tử : Để hiểu về bản chất dòng điện ta biết rằng tất cả các nguyên tố đề

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

…… 000 ……

Hà Nội, Ngày ….Tháng… Năm 2012 Chữ Ký Của Giáo Viên Hướng Dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

…… 000 ……

Hà Nội, Ngày ….Tháng… Năm 2012

Chữ Ký Của Giáo Viên Phản Biện

Mục lục

Trang

Phần I –Tổng quan về nguồn một chiều DC ………6

I – Giới thiệu chung ……… 7

1.1, khái niện cơ bản về dòng diện ……….7

1.2, đòng điện và điện áp một chiều DC ……… 8

II – Một số mạch nguồn ổn áp ……… 10

Phần II – Nội dung thiết kế ……… 11

I – Sơ đồ nguyên lý ……… 11

1.1, Khối nguồn ……… 11

1.2, Khối hiển thị ……… 11

II – Giới thiệu các linh kiện trong mạch ………11

2.1– biến áp ……… 11

2.2– IC LM7805 ……… 11

2.3– IC LM7905 ……… 11

2.4– IC LM317 ……… 11

2.5– IC 7107 ……… 11

2.6– diode ……… 11

2.7– led 7thanh ……… 11

2.8– tụ điện ……… 11

III – Mạch in và sản phẩm thực tế ……….11

3.1– mạch in .……….11

3.1.1– khối nguồn ……….11

3.1.2– khối hiển thị ……….11

3.2– sản phẩm thực tế ……… 11

IV – Nguyên lý hoạt động ………11

Phần III – Hoạt động của bộ nguồn ……… 11

I – Giới thiệu hoạt động ………11

II – Ưu điểm, nhược điểm ………11

III – Hướng cải tiến, phát triển ……… 11

Tài liệu tham khảo ………11

Lời nói đầu

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng

ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày

Một trong những sản phẩm thiết thực, phổ biến, và không thể thiếu trong lĩnh vực điện tử và đời sống hàng ngày đó là bộ nguồn Vì vậy, em đã quyết định nhận làm

đồ án thiết kế bộ nguồn DC có đầu ra thay đổi hiển thị bằng led 7 đoạn

Nội dung báo cáo gồm 3 phần:

I – Tổng quan về nguồn một chiều DC

II – Nội dung thiết kế

III – Hoạt động của bộ nguồn

Lời cảm ơn

Đồ án 1 này đã hoàn thành tốt đẹp và đúng thời gian quy định của khoa điện tử Kết quả này không chỉ là sự nổ lực của cá nhân em mà còn có sự giúp đỡ,đóng góp ý kiến chân thành và quý báo của quý thầy cô và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa điện tử đặc biệt là thầy Lê Văn Thái

đã giúp đỡ và đóng góp rất nhiều ý kiến quý báo để em có thể hoàn thành tốt đồ án lần này

Xin cảm ơn các bạn trong lớp đã tận tình giúp đỡ, đóng góp ý kiến và cung cấp phương tiện, tài liệu,… để mình thực hiện tốt đồ án lần này

Giáo viên hướng dẫn: Lê Văn Thái

Sinh viên thực hiện: Đào Trung Dũng

Phạm Hồng Hà

Phần I: Tổng quan về nguồn một chiều DC

I, Giới thiệu chung

1– Khái niệm cơ bản về dòng điện

1.1, Cấu trúc nguyên tử :

Để hiểu về bản chất dòng điện ta biết rằng tất cả các nguyên tố đều được cấu tạo lên từ các nguyên tử và mỗi nguyên tử của một chất được cấu tạo bởi hai phần là

- Một hạt nhân ở giữa các hạt mang điện tích dương gọi là Proton và các hạt trung hoà điện gọi là Notron

- Các Electron (điện tử ) mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân

- Bình thường các nguyên tử có trạng thái trung hoà về điện nghĩa là số Proton hạt nhân bằng số electron ở bên ngoài nhưng khi có tác nhân bên ngoài như áp suất, nhiệt độ, ma sát tĩnh điện, tác động của từ trường thì các điện tử electron ở lớp ngoài cùng có thể tách khỏi quỹ đạo để trở thành các điện tử tự do

- Khi một nguyên tử bị mất đi một hay nhiều điện tử, chúng bị thiếu điện tử

và trở thành ion dương và ngược lại khi một nguyên tử nhận thêm một hay nhiều điện tử thì chúng trở thành ion âm

1.2, Bản chất dòng điện và chiều dòng điện

Khi các điện tử tập trung với mật độ cao chúng tạo lên hiệu ứng tích điện

- Dòng điện chính là dòng chuyển động của các hạt mang điện như điện tử , ion

- Chiều dòng điện được quy ước đi từ dương sang âm ( ngược với chiều chuyển động của các điện tử – đi từ âm sang dương )

2 – Dòng điện và điện áp một chiều

2.1 Cường độ dòng điện :

Là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện hay đặc trưng cho số lượng

các điện tử đi qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian – Ký hiệu là I

- Dòng điện một chiều là dòng chuyển động theo một hướng nhất định từ dương sang âm theo quy ước hay là dòng chuyển động theo một hướng của các điện tử tự

do

Đơn vị của cường độ dòng điện là Ampe và có các bội số :

Kilo Ampe = 1000 Ampe

Mega Ampe = 1000.000 Ampe

Mili Ampe = 1/1000 Ampe

Micro Ampe = 1/1000.000 Ampe

2.2 Điện áp :

Khi mật độ các điện tử tập trung không đều tại hai điểm A và B nếu ta nối một dây dẫn từ A sang B sẽ xuất hiện dòng chuyển động của các điện tích từ nơi có mật độ cao sang nơi có mật độ thấp, như vậy người ta gọi hai điểm A và B có chênh lệch

về điện áp và áp chênh lệch chính là hiệu điện thế

- Điện áp tại điểm A gọi là UA

- Điện áp tại điểm B gọi là UB

- Chênh lệch điện áp giữa hai điểm A và B gọi là hiệu điện thế UAB

UAB = UA – UB

- Đơn vị của điện áp là Vol ký hiệu là U hoặc E, đơn vị điện áp có các bội số là Kilo Vol ( KV) = 1000 Vol

Mili Vol (mV) = 1/1000 Vol

Micro Vol = 1/1000.000 Vol

Điện áp có thể ví như độ cao của một bình nước, nếu hai bình nước có độ cao khác nhau thì khi nối một ống dẫn sẽ có dòng nước chảy qua từ bình cao sang bình thấp hơn, khi hai bình nước có độ cao bằng nhau thì không có dòng nước chảy qua ống dẫn Dòng điện cũng như vậy nếu hai điểm có điện áp chên lệch sẽ sinh ra dòng điện chạy qua dây dẫn nối với hai điểm đó từ điện áp cao sang điện áp thấp và nếu hai điểm có điện áp bằng nhau thì dòng điện trong dây dẫn sẽ = 0

II, Một số mạch nguồn ổn áp

Nguồn máy tính

Phần II: Nội dung thiết kế

I, Sơ đồ nguyên lý

1.1, Khối nguồn

1.2,khối hiển thị

II, Giới thiệu các linh kiện

2.1, Biến áp

a,Chức năng:

Biến áp có thể thay đổi hiệu điện thế xoay chiều, tăng thế hoặc hạ thế, đầu ra cho một hiệu điện thế tương ứng với nhu cầu sử dụng máy biến áp được sử dụng quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa Ngoài ra còn có các máy biến thế có công suất nhỏ hơn, máy biến áp dùng để ổn định điện áp trong nhà, hay các cục biến thế, cục xạc, dung cho các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (220v sang 30v, 24v, 5v ,…)

b,Cấu tạo:

Máy biến áp có cấu tạo đơn giản gồm có những phần sau:

cuộn dây sơ cấp: đây là cuộn dây đầu vào Điện áp đầu vào được đưa vào cuộn dây này

Cuộn dây thứ cấp: đây là cuộn dây đầu ra Điện áp đầu ra được lấy từ cuộn dây này

Lõi sắt hay ferit: đây cũng là gong đỡ cho biến áp và là phần cảm ứng giữa hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

Chú ý: chỉ có điện áp xoay chiều mới truyền được qua biến áp và chuẩn nhất là điện áp hình sin

Tính toán các thông số của máy biến áp

Xác định thiết diện thực của lõi sắt (trụ): So (cm2)

Các lá thép hình chữ E ghép lại có lớp cách điện nên do đó ta phải trừ đi cái lớp cách điện đó do đó thì thiết diện thực của lõi sắt sẽ là: So= k.s

Trong đó: S là thiết diện của phần giữa lõi sắt (vuông hay chữ nhật): S=a.b (cm2) (đây là thiết diện từthông móc vòng xuyên qua các bộ cuộn dây)

K=0,9 đối với lá thép E có bề dầy là 0,35mm

K=0,93 đối với lá thép E có bề dầy là 0,5mm

K=0,8 – 0,85 nếu lá thép bị han rỉ và lồi lõm

Công suất của biến áp theo thiết diện thực: P=(So/1,1)2  So= sqst(P)/1,1

Thong thường mọi người hay chọn lõi hình vuông hay chữ nhật nên ta có độ rộng của bản: c=sqrt(So)

Từ đó ta chọn công suất biến áp cần quấn  xác định được kích thước của lõi sắt Tính số vòng/von :nv

Cái này ta phải chọn cảm ứng từ B hay từ thong và dựa theo công thức tính sức điện động ta sẽ tính dc số vòng/von: nv=45/B.So (v/von)

ở đây thì 45 là hệ số phụ thuộc vào tần số và bản chất lõi có giá trị từ 30 đến 45 nhưng thường trọn 45

B là cảm ứng từ, nó được chọn theo lá thép kỹ thuật điện tùy thuộc vào lượng silic trong thép nhưng thường giá trị của B từ 1T đến 1,2T và có khi 1,4T đến 1,6T Xác định số vòng dây quấn

N1=U1.nv

N2=1,1.U2.nv

Trong đó:

1,1 :là giá trị chênh lệch công suất do tổn thất

N1: số vòng cuộn dây sơ cấp

N2: số vòng cuộn dây thứ cấp

U1: điện áp đầu vào

U2: diện áp đầu ra

Tính toán tiết diện của dây cuốn thứ cấp và sơ cấp

Tiết diện của dây cuốn được chọn theo mật độ dòng điện J mật độ dòng điện J được chọn phù hợp để phù hợp với điều kiện làm việc và nhiệt độ của dây dẫn trong khoảng cho phép

Một số cách chọn mật độ dòng nhiệt theo công suất:

với J=4 (A/mm2) công suất từ (0- 50 va)

với J=3,5 (A/mm2) công suất từ (50- 100 va)

với J=3 (A/mm2) công suất từ (100- 200 va)

với J=2,5 (A/mm2) công suất từ (200- 250 va)

với J=2 (A/mm2) công suất từ (500- 1000 va)

Với biến áp công suất thấp ta có thể chọn J= 5-10 (A/mm2)

Từ đó ta tính được thiết diện của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

thiết diện của dây sơ cấp: S1=I1/J

thiết diện của dây thứ cấp: S2=I2/J

đường kính của dây

cuộn sơ cấp: d1=2.sqrt(S1/3,14)

cuộn thứ cấp: d2=2sqrt(S2/3,14)

2.2, LM7805

LM7805 là Ic ổn áp đầu ra +5v

Thông số kỹ thuật của IC 7805

-Dòng cực đại có thể duy trì 1A

-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

-Điện thế max :20v

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 cũngkhông nên dùng gần giá trị max của các thông số trên Tốt nhất nên dùng <=2/3max Hơn nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C

+Ta nên hạn chế áp lối vào 7805 để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt+Thực tế

áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4.8 5.2 V

+Độ trôi nhiệt của 7805 xấp xỉ: 1mv/1 độ C Nó có hệ số trôi nhiệt âm, nên nhiệt độ tăng, điện áp ra sẽ giảm.Ví dụ: nếu ở 25 độ C, điện áp lối ra là 4.98V, thì rất có thể tại 65 độ, ta

đo được thế lỗi ra cỡ: 4.94 độ C

2.3, LM7905

LM7905 là Ic ổn áp đầu ra -5v

-Dòng cực đại có thể duy trì 1A

-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

-Điện thế max :20v

Nếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy

2.4, LM317

Đây được coi là một linh kiện chuyển đổi khá là tiện dụng Dùng để chuyển đổi điện áp dương từ +1.25 đến +37V Và có khẳ năng cung cấp dòng quá 1.5A Hình dáng và xác định chân ngoài thực tế

Thông số của LM317:

+ Điện áp đầu vào Vi ≤ 40V

+ Nhiệt độ vận hành t = 0 - 125°

+ Công suất tiêu thụ lớn nhất là 20W

+ Dòng điện đầu ra lớn nhất Imax = 1.5A

+ Đảm bảo thông số Vi - Vo ≥ 3V

2.5, ICL7107

ICL 7107 là dòng IC có nhiệm vụ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số hiện thị lên LED 7 vạch Đối với mạch này thì ta có thể đo được dòng điện rất lớn với 3 giải đo : 10A,5A, 2A

Tín hiệu đầu vào là tín hiệu tương tự (Như nguồn 1 chiều) tín hiệu này khi vào ICL

7107 sẽ được biến đổi thành tín hiệu số (0,1) để hiện thị lên mã LED 7 vạch IC này được dùng khá nhiều trong các bộ thiết bị đo lường như đo nhiệt độ, độ ẩm

ICL7107 sử dụng nguồn nuôi là nguồn đối xứng 5v (+5v: chân 1, -5v: chân 26, mass: chân 21)

Chân đo tín hiệu điện áp vào :

Chân 31: Đo điện áp dương

Chân 30: đo điện áp âm

2.6,Diode bán dẫn

2.6.1, Cấu tạo diode

a Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode

* Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn

Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn

b Phân cực thuận cho Diode

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn

điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V

Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode

Kết luận : Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng

đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V

c Phân cực ngược cho Diode

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng

Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngược > = 1000V

2.6.2, Diode cầu

Diode cầu được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

2.6.3, Diode Zener

Cấu tạo : Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn

P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode

2.6.4, Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mALed được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv

2.7, Led 7 thanh

LED 7 thanh được dùng nhiều trong các mạch hiện thị thông báo, hiện thị số, kí tự đơn giản LED 7 được cấu tạo từ các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểu diễn các chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ số 0 đến 9 và A đến F chả hạn LED 7 thanh dùng để hiện số thì rất đẹp và dễ nhìn Tùy vào kích thước của số

và kí tự mà mỗi thanh được cấu tạo bởi một hay nhiều LED đơn Các LED đơn đó được ghép và được đặt tên bằng các chữ cái a g và có một dấu chấm dot ( dấu chấm này có thể sáng và tắt tùy theo yêu cầu) được cấu tạo bởi 1 LED đơn Qua đó người ta chỉ cần 8 bit tương ứng với 8 LED đơn để điều khiển được và hiện thị số

từ 0 đến 9 và các kí tự từ A đến F