Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng, Đồ án môn học điện tử ứng dụng
Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang PHẦN A : PHẦN LÝ THUYẾT Tổng quan ổn áp xung: 1.1 Khái niệm: Ổn áp xung gọi ổn áp đóng ngắt, ổn áp dựa ngun lý hồi tiếp (ngun lý bù), phần tử điều chỉnh làm việc chế độ xung Ổn áp xung có ưu điểm vượt trội so với ổn áp tuyến tính sau: Ưu điểm: - Có tổn hao nên hiệu suất cao (thường 80%) - Độ ổn định cao phần tử điều khiển làm việc chế độ xung - Thể tích trọng lượng nguồn nhỏ Nhược điểm ổn áp xung: - Phân tích, thiết kế phức tạp - Bức xạ sóng, can nhiễu dải tần số rộng cần có lọc xung ngõ vào nguồn nguồn phải bọc kim 1.2 Sơ đồ khối ngun lý hoạt động ổn áp xung: 1.2.1 Sơ đồ khối: Nguồn DC chưa ổn định Nguồn xung Phần tử điều chỉnh Điều chế Lọc So sánh Tải Lấy mẫu Điều chỉnh điện áp 1.2.2 Ngun lý hoạt động: Nguồn DC chưa ổn định đưa đến phần tử điều chỉnh làm việc khóa điện tử Khi khóa dẫn nguồn nối đến ngõ Khi khóa tắt cắt nguồn DC khỏi mạch Như tín hiệu ngõ khóa dãy xung, muốn có tín hiệu DC tải phải dùng lọc LC Tuỳ thuộc vào tần số độ rộng xung ngõ khóa mà trị số điện áp chiều tải lớn hay nhỏ Để ổn định điện áp DC tải, người ta thường so sánh với mức điện áp chuẩn Sự sai lệch biến đổi thành tín hiệu xung để điều khiển khóa điện tử Có phương pháp thực tín hiệu điều khiển: Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang - Điều chế độ rộng xung: giữ tần số tín hiệu xung khơng đổi thay đổi độ rộng xung làm thay đổi điện áp - Điều chế tần số xung: giữ độ rộng xung khơng thay đổi thay đổi chu kỳ tín hiệu xung làm thay đổi điện áp - Điều chế xung: vừa thay đổi độ rơng xung, vừa thay đổi độ rộng xung 1.3 Phân loại ổn áp xung: có loại ổn áp xung - Ổn áp Buck: loại ổn áp có điện áp trung bình ngõ nhỏ ngõ vào - Ổn áp Boost: loại ổn áp có điện áp trung bình ngõ lớn ngõ vào - Ổn áp Buck_Boost: loại ổn áp có điện áp ngõ lớn nhỏ điện áp ngõ vào - Ổn áp Cuk: ổn áp có điện áp ngõ lớn nhỏ điện áp ngõ vào cực tính ngược với điện áp ngõ vào 1.4 Ổn áp xung kiểu Buck: Ổn áp Buck loại điện áp trung bình ngõ nhỏ điện áp ngõ vào, hoạt động theo phương pháp điều chế độ rộng xung 1.4.1 Sơ đồ mạch: VS Q L VO D C Lấy mẫu Điều chế độ rộng xung Nguồn xung K So sánh Tạo điện áp chuẩn 1.4.2 Ngun lý hoạt động: Q làm việc khóa điện tử, đóng mở với tần số khơng đổi Xung điều khiển có tần số f khối tạo xung nhịp tạo Phần điều khiển thực việc so sánh điện áp với điện áp chuẩn, kết sai lệch đựơc khuếch đại lên Mạch điều chế xung vào sai lệch điện áp để điều chế độ rộng xung, tạo xung vng có độ rộng thay đổi để đưa đến transistor điều khiển thời gian điều khiển Trong khoảng thời gian khơng tồn xung điều khiển, dòng bảo đảm nhờ tụ C cuộn cảm L Gọi tx thời gian mở transistor chuyển mạch Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang Điện áp trung bình tải: t t x v0 = ∫ v s dt = x Vs T T V0 t x ⇒ = Vs T Vì: ≤ t x ≤ T ⇒ ≤ V0 ≤ V s Vậy điện áp ln nhỏ điện áp vào 1.4.3 Phương pháp tính tốn ổn áp Buck: * Sơ đồ mạch: VS Q L iL iC I C C D iO I O Tải Điều khiển Hoạt động mạch chia làm mode: Mode 1: Ứng với thời gian BJT Q dẫn bão hòa ( VCEsat ≈ ) + iS = iL VS L iC IC C iO VO Tải Bắt đầu Q dẫn thời điểm t = 0, bỏ qua V CEsat VD = Vs ⇒ D tắt di Dòng ngõ vào chạy qua L, tụ C tải Điện áp qua L: e L = L L dt Trong thời gian t1 dòng cuộn dây tăng tuyến tính từ I1 → I : I −I ΔI ΔI VL = Vs − V0 = L = L ⇒ t1 = L (1.1) t1 t1 Vs − V0 Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang Mode 2: Trong khoảng thời gian t2 + D L iC IC C iO VO Tải Bắt đầu Q tắt t = t1 Dòng qua L giảm đột ngột → xuất suất điện động tự cảm có chiều hình vẽ để chống lại giảm Lúc này, D dẫn L đóng vai trò nguồn xả lượng từ trường qua L, C, D tải Dòng qua L giảm từ I1 → I Q dẫn trở lại chu kì Điện áp ngang qua L: I −I ΔI ΔI VL = V0 = L = L ⇒ t2 = L (1.2) t2 t2 V0 Từ (1) (2) ta có: L.ΔI Vs ΔI ΔI T = t1 + t = L +L = (1.3) Vs − V0 V0 V0 (Vs − V0 ) T V Mà: Vo = Vs = kVs ⇒ = k T Vs V V0Vs (1 − ) Vs T V (V − V0 ) = Từ (3) suy ra: ΔI = s L Vs fL Vs (1 − k )kVs ΔI = (1.4) fL ΔI : độ gợn dòng đỉnh - đỉnh cuộn L ΔI bé dòng phẳng Theo định luật Kirchoff’s: i L = iC + i0 ⇒ Δi L = ΔiC + Δi0 ; Δi0 : dòng gợn sóng tải, nhỏ ΔI ⇒ Δi L ≈ ΔiC = (1.5) Dòng trung bình tụ: T ΔI ΔI dt = Điện áp tụ: vC (t ) = ∫ iC (t )dt + vC (t = 0) C IC = T ∫ Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 (1.6) Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang Điện áp gợn sóng đỉnh-đỉnh tụ: T T ΔI 2 ΔI i t dt (1.7) ΔV0 = ΔVC = vC (t ) − vC (0) = = ( ) dt = C ∫ ∫ C C fC Thay ΔI từ (4) vào (7), ta được: (1 − k )kVs (1.8) ΔVC = f LC Từ (4) (8) ta chọn L, C biết độ gợn dòng đỉnh - đỉnh cuộn độ gợn áp đỉnh - đỉnh tụ cơng thức sau: (1 − k )kVs (1.9) L= fΔI (1 − k )kVs C= (1.10) f LΔV0 Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang * Dạng sóng: Vo Vs t iL I2 t1 t2 I1 t is I2 I1 t iC I2 − I0 I1 − I t vC = v v0 t i0 I0 t Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang Các thành phần mạch: 2.1 Vi mạch định thời IC 555: IC 555 gồm mạch khuếch đại thuật tốn SS1, SS2 thực chức so sánh, RS Flip Flop, BJT Q1 điện trở R có giá trị 5K, cổng NOT Sơ đồ vi mạch định thời IC555: R 5K + - R 5K RE RSFF Q + - R S R 5K Q1 Chân 1: chân mass Chân 2: chân kích khởi ( trigger ) Chân 3: chân ngõ Chân 4: chân Reset: “0” cấm, “1” cho phép mạch làm việc Chân 5: chân điều khiển điện Nếu khơng dùng nối qua tụ 0.01μF tới mass Chân 6: chân ngưỡng (chân thềm) Chân 7: chân ngõ phụ Chân 8: nguồn Vcc, Opamp SS2 có mức ngưỡng điện 2/3Vcc, SS1 có điện ngưỡng 1/3Vcc Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang Bảng trạng thái: S R Q 0 1 1 Qo x 2.2 Mạch dao động đa hài khơng trạng thái bền dùng IC555: a Sơ đồ mạch dạng sóng: Vcc vC Q Vout TR t1 t2 t3 t Vout CV THR C IC 555 V CC R2 GND D DIS R U3 VCC R1 V CC 0.01uF Vlog ic1 t b Ngun lý hoạt động: Đây mạch dao động đa hài có trạng thái trạng thái khơng bền Nhờ có thay đổi điện áp tụ C mà mạch ln tự động chuyển đổi trạng thái ln tạo độ dài xung * ≤ t < t1: giả sử mạch trạng thái khơng bền ban đầu Ngõ V0 = ⇒ Q RSFF = , BJT Q1 tắt: khơng có dòng đổ qua BJT Q1 ⇒ tụ C nạp điện từ nguồn Vcc qua điện trở R1 qua Diode D với chiều hình vẽ để hướng đến giá trị VCC Tụ nạp điện áp tụ tăng ( vC tăng ) áp tụ vC = v( 6) = v( 2) ≥ VCC Lúc đó: − + SS1 : v > v → R = SS : v + > v − → S = ⇒ Q = ⇒ v0 = Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang Mạch chấm dứt thời gian tồn trạng thái khơng bền ban đầu chuyển sang trạng thái khơng bền thứ * t1 ≤ t < t : Tại thời điểm t = t1: mạch tồn trạng thái khơng bền thứ Q =1, v0 = Vì Q = nên BJT Q1 dẫn → tụ C xả điện tích qua R2 → chân số → BJT Q1 → mass Tụ xả điện áp tụ giảm → điện áp chân số chân số giảm xuống Khi điện áp tụ C giảm đến giá trị VCC ≤ vC ≤ VCC ta có: 3 − + SS1 : v > v ⇒ R = SS : v − > v + ⇒ S = ⇒ Q giữ ngun trạng thái cũ trước (Q = 1) ⇒ tụ C tiếp tục xả vC ≤ VCC (điện ngưỡng SS1), mà vC = v(6) = v( 2) nên suy ra: SS1 : v − < v + ⇒ R = ⇒ Q = ⇒ v0 = − + SS : v > v ⇒ S = Mạch chấm dứt thời gian tồn trạng thái khơng bền thứ bắt đầu chuyển sang trạng thái khơng bền ban đầu Vì Q = ⇒ BJT Q1 tắt ⇒ khơng có dòng đổ qua BJT Q1 → tụ C nạp điện bổ sung (vì giữ Vcc điện chân số chặn trên) q trình tiếp diễn để liên tục tạo độ dài xung c.Tính độ dài xung ra: Gọi: T1 thời gian ứng với ngõ vo = T2 thời gian ứng với ngõ vo = T chu kì dao động mạch : T = T1 + T2 * Tính T1 : Phương trình nạp tụ C: − t ⎞ ⎛ vC (t ) = [vC (∞) − vC (0)]⎜⎜1 − e τ1 ⎟⎟ + vC (0) ⎝ ⎠ với vC (0) = VCC , vC (∞) = VCC − t ⎞ ⎛ VCC ⎜⎜1 − e τ1 ⎟⎟ + VCC ⇒ vC (t ) = 3 ⎠ ⎝ Khi t = T1 : vC (T1 ) = VCC Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG T ⎛ −1 ⎞ = VCC ⎜1 − e τ1 ⎟ + VCC 3 ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⇒ VCC −T1 Trang 10 T −1 1 ⇒ 1− e = ⇒ e τ1 = ⇒ T1 = τ1 ln = CR1 ln 2 Vậy thời gian nạp tụ T1 = 0,7CR1 * Tính T2 : Phương trình xả tụ C: τ1 vC (t ) = [vC (0) − vC (∞)] e với vC (0) = VCC , vC (∞) = − t τ2 (2.1) + vC (∞) − t DIS R R VCC U3 ⇒ vC (t ) = VCC e T2 Khi t = T2 vC (T2 ) = VCC T − 2 ⇒ VCC = VCC e τ2 ⇒ T2 = 0,7CR2 3 Vậy thời gian xả tụ C T2 = 0,7CR2 T = T1 + T2 = 0,7C ( R1 + R2 ) Vậy chu kỳ dao động T = 0,7C ( R1 + R2 ) 2.3 Mạch dao động đa hài trạng thái bền dùng IC555: a.Sơ đồ mạch dạng sóng: vi VCC Vcc THR CV Vout (2.3) t1 t v0 t C TR Vi GND Q V CC vC V CC (2.2) 0.01uF Vlog ic1 T0 t Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 17 PHẦN B : PHẦN TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ u cầu : * Điện áp vào: V DC = 25v ± 30% * Điện áp ra: V0 = 12v * Độ gợn dòng đỉnh_đỉnh: ΔI = 0,01A * Độ gợn áp đỉnh_đỉnh: ΔV = 0,01v * Dòng trung bình: I = 10A * Tần số làm việc: f = 12 kHz * Dùng IC555 để điều chế độ rộng xung Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 18 TÁC DỤNG CỦA CÁC LINH KIỆN * Rsa ,VRa : phân áp, chọn điện áp ngưỡng * D za : làm cho mạch chuyển đổi trạng thái nhanh * Qa ,Q1 : bảo vệ q áp * K: cơng tắc Reset * Qb ,Q2 : bảo vệ áp * R a , R : điện trở tăng tốc độ chuyển đổi trạng thái * Rsb , Rb , D zb , R2 , R3' , VRb : tương tự mạch bảo vệ q áp * Relay : Đóng ngắt mạch điện * R4 : điện trở hạn dòng cho SCR * R g : lấy áp kích cho SCR ngắn mạch * R5 ,C1 : mạch có tác dụng hạn chế kích dẫn cho SCR * R6 , D2 , D z1 , Q3 : cấp nguồn cho mạch hoạt động * D2 : bù nhiệt cho D z1 * R6 : định thiên dòng cho diode D z1 * C8 : tụ lọc nguồn, tránh nhiễu, ổn định điện áp * D1 : bảo vệ cho SCR * R7 , R8 ,VR2 , C : xác định thời cho mạch Astable * D3 : tách đường nạp xả thành hai đường * IC555(1): mạch dao động khơng trạng thái bền * R9 , C : mạch vi phân, tạo xung kích cho Monostable * R10 ,VR3 , C5 , IC555(2): mạch điều chế độ rộng xung * R11 , R12 : điện trở phân cực cho Q4 * Q4 : transistor chuyển mạch , đóng mở sẻ làm cho Q5 , Q6 dẫn hay tắt Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 19 * C : làm cho Q4 chuyển đổi trạng thái nhanh * R13 : điện trở tải Q4 * R11 : ổn định, tăng tốc độ chuyển đổi * Q5 : ghép Darlington bổ phụ với Q6 * Q6 : transistor chuyển mạch * D5 : đảm bảo cho Q6 dẫn bão hồ * R15 : tăng tốc độ chuyển đổi * L,C : mạch lọc, tích luỹ lượng thời gian Q5 , Q6 dẫn để cung cấp lưọng cho mạch Q5 , Q6 tắt * R16 , D6 , D z : tạo điện áp chuẩn để đưa đến mạch so sánh * R21 ,VR3 , R22 : lấy mẫu tín hiệu để đưa đến mạch so sánh * VR3 : thay đổi điện áp chuẩn * R17 , R18 , R19 , R20 , μA741(1) : mạch so sánh * μA741(2) : OP_AMP đệm * VR4 : hiệu chỉnh để thoả mãn độ gợn áp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 20 Tính chọn mạch Astable: Chọn IC555 HA17555 có thơng số sau: • Nguồn cung cấp: Vcc = 15 v • Dòng tiêu thụ trung bình: Itb = 10 mA • Cơng suất tiêu tán: 600 mW Thời gian tồn xung thời gian nạp xả tụ C2 Theo (2.1) thời gian nạp tụ C2 là: T1 = 0.7C (VR1 + R7 ) Chọn T1 = T/2 ⇒ 0.7C (VR1 + R7 ) = 2f ⇒ VR1 + R7 = 1,4 fC Chọn C2 = 22nF Suy VR1 + R7 = = 2,7kΩ 1,4.12.10 3.22.10 −9 Chọn R7 = 2kΩ → VR1 =0,7kΩ Chọn R7 = 2kΩ , VR1 =1kΩ Theo (2.3) chu kỳ dao động mạch là: T = 0,7C ( R7 + R8 + VR1 ) = f ⇒ R7 + R8 + VR1 = = =5,411kΩ 0,7 fC 0,7.12.10 3.22.10 −9 ⇒ R8 = 5,411- 2,7 = 2,711kΩ Chọn R8 điện trở 2kΩ 0,8kΩ Dòng nạp tối đa cho tụ C2 là: I R7 V CC 10 = = = 3,7 mA R7 + VR1 2,7 Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 21 Cơng suất tiêu tán R7 là: PR7 = I R27 R7 = (3,7) 2.10 = 27,37 mW Cơng suất tiêu tán VR1 là: PVR1 = I R27 VR1 = (3,7) 800 = 10,952 mW Dòng tối đa qua R8 là: VCC 10 = = 3,689 mA I R8 = R8 2,711 Cơng suất tiêu tán R8 là: PR8 = I R28 R8 = (3,689) 2,711.103 = 36,89 mW Chọn R7 = 2kΩ / W 10 R8 = 2,711kΩ / W 10 VR1 = 1kΩ / W 10 Chọn D3 loại 1N4001 với VD = 0,6V , I D = 10mA Chọn tụ C3 = 0,01μF để chống nhiễu Tính mạch xén: Khi điện áp ngõ mạch Astable mức logic Tụ C4 nạp từ Vcc qua R9 đến ngõ mạch Astable Để mạch Monotable hoạt động tốt độ dài xung kích đưa vào chân số (2) mạch Monotable phải nhỏ thời gian tồn xung mạch Monotable Phương trình nạp tụ C4 là: −t ⎞ ⎛ vC4 (t ) = VC4 (∞) − VC4 (0) ⎜1 − e τ ⎟ + VC4 (0) ⎝ ⎠ Trong : VC4 (0) = [ Vcc C4 R9 D4 ] VC4 (∞) = VCC −t ⎞ ⎛ ⇒ VC4 (t ) = VCC ⎜1 − e τ ⎟ ⎝ ⎠ Gọi t1 thời gian tụ C4 nạp 1/3Vcc −t ⎞ ⎛ ⇒ VC4 (t1 ) = VCC ⎜1 − e τ ⎟ = VCC ⎝ ⎠ ⇒ t1 = R9 C4 ln1,5 (*) Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 22 Gọi tx thời gian tồn xung mạch Monotable Gọi Vo điện áp ổn áp t t x Ta có: V0 = ∫ Vs dt = x Vs T T V V ⇒ tx = T = Vs Vs f *Áp vào: Vs = 25V *Độ biến thiên áp vào: 17,5 → 32,5V *Điện áp ra: Vo = 12V *Độ gợn điện áp ngõ ra: ∆Vo = 0,01V 12 Khi Vs = 25 ⇒ t x = = 40 μs 25.12.10 12 = 57 μs Khi Vs = 17,5 ⇒ t x max = 17,5.12.10 12 = 30μs Khi Vs = 32,5 ⇒ t x = 32,5.12.10 Để đảm bảo độ rộng xung kích nhỏ tx chọn: 1 t1 ≤ t x = 30 = μs 5 ⇒ R9 C = = 15.10 −6 ln 1,5 Chọn C4 = 22nF ⇒ R9 = 15.10 −6 = 681Ω 22.10 −9 Chọn R9 700Ω Cơng suất tiêu tán trung bình R9: −t ⎞ ⎛ VC (t1 ) = VCC ⎜1 − e τ ⎟ ⎝ ⎠ ⇒ v R (t ) = VCC e −t τ − 2t ⇒ PR 9tb t t e 1 v R2 (t ) 1 VCC = ∫ dt = ∫ T R9 T0 R9 VCC C4 = 2T τ dt ⎛ ⎞ − 2t1 ⎜⎜1 − e R 9.C ⎟⎟ ⎝ ⎠ Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 23 Mà t1 = T2 = 0,7 R8 C = 0,7.2,711.10 3.22.10 −9 = 41,7μs − 2.41, ⎞ 15 2.22.10 −9.12.10 ⎛ 15 ⎟ = 29,58mW ⎜⎜1 − e ⇒ PR9tb = ⎟ ⎝ ⎠ Vậy chọn R9 = 700 Ω/ W 10 Chọn D4 1N4001 Tính mạch Monotable: Chọn IC555 loại HA17555 Tính mạch hoạt động bình thường với áp vào Vs= 25V Thời gian tồn xung tx thời gian tụ C5 nạp điện từ đến 2/3Vcc Theo (2.4) thời gian nạp tụ C5 là: T = C5 (VR2 + R10 ) ln = t x VR2 40.10 −6 ⇒ C5 (VR2 + R10 ) = = 36,4 μs R10 ln Chọn C5 = 2,2 nF vi ⇒ R10 + VR2 = 16,55 kΩ Chọn R10 = 16kΩ ⇒ VR2 = 550Ω C5 Chọn VR2 biến trở 1kΩ VCC 10 = = 0,6 mA Dòng nạp cực đại cho tụ C5 là: I R10 = R10 + VR2 16,55 Cơng suất tiêu tán R10 là: Vcc IC555 PR10 = I R210 R10 = (0,6) 10 −6.16.10 = 5,76 mW Cơng suất tiêu tán VR2 là: PVR = (0,6) 10 −6.10 = 0,36 mW Vậy chọn R10 = 16 kΩ/ W 10 W VR2 = kΩ/ 100 Ta c ó: τ5 = C5 ( R10 + VR2 ) = 2,2.10 −9 (16 + 0,55).103 = 36,41 µs Phương trình nạp tụ C5 : − t ⎞ ⎛ vC (t ) = VCC ⎜⎜1 − e τ5 ⎟⎟ ⎝ ⎠ Khi VS = VS = 17,5V ⇔ t x = t x max = 57 μs −57 ⇒ VC = 15(1 − e 36, 41 ) = 11,86 V Khi VS = VSo = 25V ⇔ t x = t xo = 40 μs Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 24 − 40 ⇒ VC = 15(1 − e 36, 41 ) = 10V Khi VS = VS max = 32,5V ⇔ t x = t x = 30 μs −30 ⇒ VC = 15(1 − e 36, 41 ) = 8,42 V Tính mạch lọc: Theo đề: ∆V = 0,01 V ∆I = 0,01 A (1 − k )k.VS Theo (1.9) ta có: L = f ΔI t V 12 = 0,48 với: k = x = = T VS 25 (1 − 0,48).0,48.25 = 52 mH suy ra: L = 12.10 3.0,01 Vậy L = 52 mH (1 − k )kVS ΔI 0,01 = Theo (1.10) ta có: C = = = 10,4µF Δ f V f LΔV 8.12.10 0,01 Chọn C = 11µF * Tính tốn cuộn cảm: Dòng ngõ trung bình 10A Chọn dây đồng có đường kính: d=0,65 I = 0,65 10 = 2,06 mm Chọn lõi từ ferit dài 4cm, ø = 1cm Cho µ = 1000 ÷ 6000 Ta có: 4π.10 −7.N S μ L= l l L ⇒N= 4π.10 −7.S μ Với µ = 1000 ⇒N= 0,04.52.10 −3 −7 (0,01) 4π.10 π.1000 = 144 vòng Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Với µ = 6000 ⇒N= 0,04.52.10 −3 (0,01) 4π.10 π.6000 Trang 25 = 59 vòng −7 Chọn D6 *Điện áp ngược cực đại khoảng (3÷4)Vs *Dòng trung bình thuận I F > 10A Chọn D6 1N5410 có : V KA = 200V I F = 15 A Tính mạch điều khiển: Q5 , Q6 transistor chuyển mạch làm việc thời gian có xung đầu mạchmonotable Khi Q5 ,Q6 dẫn nguồn DC đưa đến đầu ra, Q5 , Q6 tắt cắt nguồn DC khỏi mạch Dòng trung bình ngõ vào: I S = k I = 0,48.10 = 4,8A Mà : I S = I CSQ6 + I CSQ5 + I R14 Dòng chảy qua Q6 lớn , Chọn I SQ6 = 4,6A a Tính chọn Q6: Để dễ tính tốn,chọn thời gian tắt mở BJT Thơng thường thời gian tắt(mở) 10ns ÷ 1µs *Ở tính tốn với Tr = T f = 1µs Theo (2.5) ta có: Cơng suất Q6 là: I T V P = C max S T f + sat (Vces I C max + Vbes I bs ) T0 3.T0 *Chọn BJT có β = 30 I 4,6 Ta có I bs ≥ cs = = 0,153A β 30 Chọn I bs = 0,16A ⇒P= D5 Q6 R15 Q5 R14 R13 C7 Q4 R11 R12 (40 − 2) (0,2.0,46 + 0,8.0,16) = 1,17W 4,6.25 + 3.40 40 Vậy chọn Q6 transistor thỏa: Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 26 VCE > VS = 25V Ptt > 3.P = 3.1,17 = 3,51W I C > I C max = 4,6 A Vậy chọn Q6 2SC2073 có thơng số sau: Ký hiệu Loại f C2073 Si_N MHz Để Q6 dẫn bão hòa thì: vbesQ ≥ vbes = 0,8V I bsQ ≥ I CQ β = To IC VCE β P 4,6 = 0,153 A 30 Chọn I bsQ = 0,16A 1 I bsQ = 0,16 = 0.032A 5 v 0,8 = 25Ω R15 = R15 = I R15 0,032 Chọn R15 = 47Ω Cong suất tiêu tán R15 là: Chọn dòng qua R15 là: I R15 = PR15 V R215 0,8 = = = 0,014W 47 R15 Chọn R15 = 47 Ω/ W b Tính chọn Q5: Q5 mắc Darlingtơn với Q6 để nâng cao hệ số khuyếch đại dòng điện Ta có: I CSQ = I BSQ + I R15 = 0,16 + 0,032 = 0,1632 A I CS VS T f Tsat (VCES I CS + I BS V BES ) 3T0 T0 0,1632.25.1 38 ⎛ 0,1632 ⎞ = + ⎜ 0,2.0,1632 + 0,8 ⎟ 3.40 40 ⎝ 30 ⎠ = 0,069 W Cơng suất tiêu tán Q5 là: Ptt = + Chọn Q5 thỏa điều kiện sau: Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 27 VCE > VS = 25V I C > I C = 0,1632 A P > 3Ptt = 3.0,069 = 0,207 W Vậy chọn Q5 loại có thơng số sau: BJT IC Loại P Si_P Để Q5 dẫn bão hòa thì: vbesQ5 = v R14 ≥ vbes = 0,8V To f β 0,1632 = 5,44mA β 30 = 10 I BQ5 = 54,4mA I bQ ≥ Chọn I R14 I csQ5 VCC = 0,8 = 14,7Ω 54,4 Chọn R14 =18Ω 0,8 PR14 = = 0,036 W 18 Chọn R14 = 18Ω / W 10 c Tính chọn R13: Ta có V R13 = VS − VbeQ5 − VceQ = 17,5 – 0,8 – 0,2 = 16,5V ⇒ R 14 = 16,5 = 275Ω 5,44 + 54,4 Chọn R13 = 300Ω ⇒ R13 = PR13 = 300.59,84 = 1,074W Chọn R13 = 300Ω / 5W d Tính chọn Q4: Cơng suất chuyển mạch Q4 là: I CS VS T f Tsat (VCES I CS + I BS VBES ) P= + 3.To To 59,84.25.1 38 + (0,2.59,84 + 1,995.0,8) Ptt = 3.40 40 = 25,35 mW Chọn Q4 thỏa: Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 28 VCES > VS = 25V I C > I CS = 59,84mA P > 3.Ptt = 3.25,35 = 76,05mW Vậy chọn Q4 loại có thơng số sau: BJT Loại T oC P f VCE IC β Để Q4 dẫn bão hòa thì: I bQ ≥ I CS 59,84 = = 1,995mA β 30 vbeQ = V R12 ≥ VbeS = 0,8V Chọn I bQ = 2mA Chọn dòng qua R12 10 I bQ : I R12 = 10.2 = 20mA 0,8 = 40Ω 20 Chọn R12 = 47 Ω ⇒ R 12 = 0,8 PR12 = = 13,6mW 47 Vậy chọn R12 = 47Ω / W 10 e.Tính C7, R11: Với nguồn cung cấp 15V, điện áp ngõ Monostable mức 15-1,5 = 13,5V Ta có : V R11 = Vomonotable − VbesQ = 13,5 – 0,8 = 12,7V I R11 = I R12 + I bQ = 20 + = 22mA R13 C7 Vomonotable Q4 R11 R12 12,7 = 577Ω 22 Chọn R11 = 620 Ω ⇒ R11 = 12,7 = 0,26W 620 Vậy chọn R11= 620W/ W PR11 = * Tính chọn C7: Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 29 Tụ C7 có tác dụng làm tăng tốc độ chuyển đổi trạng thái cho Q4 R Chọn Z C = 11 = 62Ω 10 ⇒ C7 = = 0,214μF 2π.12.10 3.62 Chọn C = 0,22μF / 50V Mạch hồi tiếp: −t Phương trình nạp tụ C5: vC (t ) = VCC (1 − e τ ) Với τ = C5 ( R10 + VR2 ) = 36,4μs Khi t = tx điện áp tụ C5 điện áp ngưỡng chân (6) Do đó, lúc chân (5) IC555 điện áp Vậy ta phải tính tốn cho áp vào 25V áp đưa 10V Tương tự, ta có: Khi V S = 17,5V áp đưa là: Khi VS max −57 ⎛ ⎞ V A = VC (t x max ) = 15⎜⎜1 − e 36, ⎟⎟ = 11,86V ⎝ ⎠ = 32,5V áp đưa là: −30 ⎛ ⎞ V A = VC (t x ) = 15⎜⎜1 − e 36, ⎟⎟ = 8,42V ⎝ ⎠ * Mạch OP_AMP đệm đưa điều khiển ICMonotable: Tổng trở OP_AMP khoảng 75Ω Vout(opamp) Vcc IC555 5k 75k A 10k Từ sơ đồ tương đương ,ta có phương trình điện áp nút A là: VCC − V A Vout − V A V A = + 0,75 10 ⇔ V A = 0,977.Vout + 0,22 Ở V A điện áp cần có chân IC555 Monostable Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 30 VớI giá trị V A = 10V,11.86V,8.42V vào phương trình ta Vout ≈ V A Vậy ta xem Vout = V A a Mạch tạo điện áp chuẩn: Chọn diode DZ loại 1N5347B có: + V DZ = 10V + Dòng qua diode I DZ = 15mA Chọn diode D7 loại 1N4001 có V D = 0.7V , I D = 15mA * Tính điện trở R 16 : R 16 chọn thỏa điều kiện sau: Vo − ΔV − V DZ − V D V + ΔV − V DZ − V D < R16 < o I DZ I DZ 12 − 0,01 − 10 − 0,7 12 + 0,01 − 10 − 0,7 < < ⇔ R 16 15.10 −3 15.10 −3 ⇔ 86 < R16 < 87,33 Chọn R 16 = 86Ω Do khơng có điện trở 86Ω nên ta chọn hai điện trở mắc nối tiếp R16 = 82Ω R24 = 4Ω Ta có: PR16 = 15 2.82 = 18,45mW PR 24 = 15 2.4 = 0,9 mW Vậy chọn: R 16 = 82Ω/1/10W R24 = Ω/100 W b Tính điện áp áp vào thay đổi với tx = txo = 40µs: VS = 17,5V ⇒ Vo = t xo f VS = 40.10 −6.12.10 3.17,5 = 8,4V VS = 32,5V ⇒ Vo = 15,6V VS =25V ⇒ Vo = 12V Vậy ta phải tính tốn so sánh cho: Khi Vo = 8,4V đưa 11,86V Khi Vo = 12V đưa 10V Khi Vo = 15,6V đưa 8,42V c Tính tốn mạch so sánh: (**) R19 Vlm R18 N Vch R17 Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 R20 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 31 P Ta có phương trình điện áp nút N: vlm − V N vout − V N + =0 R18 R19 ⎛ vout v ⎞ ⎟⎟ = − lm + V N ⎜⎜ + R19 R18 R R 19 ⎠ ⎝ 18 v R + R19 = − lm + V N 18 R18 R18 R19 R20 Mà: V N = V P = Vch R17 + R20 Chọn: R17 = R18 , R19 = R20 R19 ⇒ V N = V P = Vch R18 + R19 v V R19 R + R19 ⇒ out = − lm + Vch 18 R19 R18 R18 + R19 R18 R19 v V V ⇒ out = − lm + ch R19 R18 R18 R ⇒ vout = 19 (Vch − Vlm ) R18 R Đặt k o = 19 , Vlm = k1.Vo R18 Suy vout = k o (Vch − k1Vo ) Từ (**) (***) ta có hệ phương trình sau: ⇒ (***) Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 [...]... tắt * R16 , D6 , D z 2 : tạo điện áp chuẩn để đưa đến mạch so sánh * R21 ,VR3 , R22 : lấy mẫu tín hiệu ra để đưa đến mạch so sánh * VR3 : thay đổi điện áp chuẩn * R17 , R18 , R19 , R20 , μA741(1) : mạch so sánh * μA741(2) : OP_AMP đệm * VR4 : hiệu chỉnh để thoả mãn độ gợn áp ra Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 20 1 Tính chọn mạch... Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 17 PHẦN B : PHẦN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Yêu cầu : * Điện áp vào: V DC = 25v ± 30% * Điện áp ra: V0 = 12v * Độ gợn dòng đỉnh_đỉnh: ΔI = 0,01A * Độ gợn áp đỉnh_đỉnh: ΔV = 0,01v * Dòng trung bình: I 0 = 10A * Tần số làm việc: f = 12 kHz * Dùng IC555 để điều chế độ rộng xung Trường Đại học Bách khoa... 0,7.12.10 3.22.10 −9 ⇒ R8 = 5,411- 2,7 = 2,711kΩ Chọn R8 là điện trở 2kΩ và 0,8kΩ Dòng nạp tối đa cho tụ C2 là: I R7 2 V CC 10 = 3 = = 3,7 mA R7 + VR1 2,7 Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 21 Công suất tiêu tán trên R7 là: PR7 = I R27 R7 = (3,7) 2 2.10 3 = 27,37 mW Công suất tiêu tán trên VR1 là: PVR1 = I R27 VR1 = (3,7) 2 800 = 10,952... t1 = R9 C4 ln1,5 (*) Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 22 Gọi tx là thời gian tồn tại xung của mạch Monotable Gọi Vo là điện áp ra của ổn áp t t 1 x Ta có: V0 = ∫ Vs dt = x Vs T 0 T V V ⇒ tx = 0 T = 0 Vs Vs f *Áp vào: Vs = 25V *Độ biến thiên áp vào: 17,5 → 32,5V *Điện áp ra: Vo = 12V *Độ gợn điện áp ngõ ra: ∆Vo = 0,01V 12 Khi... của OP_AMP khoảng 75Ω Vout(opamp) Vcc IC555 5k 75k A 5 10k Từ sơ đồ tương đương ,ta có phương trình điện áp nút tại A là: VCC − V A Vout − V A V A = + 5 0,75 10 ⇔ V A = 0,977.Vout + 0,22 Ở đây V A là điện áp cần có ở chân 5 của IC555 Monostable Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 30 VớI các giá trị V A = 10V,11.86V,8.42V thế vào phương... sao cho: Khi Vo = 8,4V thì đưa về 11,86V Khi Vo = 12V thì đưa về 10V Khi Vo = 15,6V thì đưa về 8,42V c Tính toán mạch so sánh: (**) R19 Vlm R18 N Vch R17 Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 R20 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 31 P Ta có phương trình điện áp nút tại N: vlm − V N vout − V N + =0 R18 R19 ⎛ 1 vout v 1 ⎞ ⎟⎟ = − lm + V N ⎜⎜ + R19 R18 R R 19 ⎠ ⎝ 18... v1 ) F = k (v 2 − v1 ) R1 2.5 Mạch vi phân: ( chọn RF = RP , R1 = R2 ) Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 13 vi t VCC v0 r d t2 t3 VCC c vi t1 v0 t Mạch xén dung để tạo điện áp kích cho IC555 Monostable * 0 ≤ t < t1 : vi = VCC , tụ không được nạp Điện áp ra: v0 = vi = VCC * t1 ≤ t < t 2 : vi =0, tụ được nạp từ nguồn VCC qua R hướng... chục Ω đến 100Ω b Mạch bảo vệ dưới áp và quá áp: Khi điện áp vào nằm trong phạm cho phép thì Q1 , Q2 tắt Relay không có dòng điện, tiếp điểm Relay đóng Mạch hoạt động bình DZa Qa thường Nếu áp vào tăng làm cho DZa đến ngưỡng dẫn → Qa dẫn relay Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Trang 14 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG → Q1 dẫn → Relay tác động ngắt mạch Nếu áp vào... Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG vC (t ) = [vC (0) − vC (∞)]e − t τ2 Trang 12 + v C (∞ ) với vC (0) = 2 VCC , vC (∞) = 0 3 khi t = T ph ⇒ vC (T ph ) = Vlog ic 0 ≈ 0 ⇒ 2 VCC e 3 ⇒e T − ph τ2 T − ph =3 τ2 = Vlog ic 0 Vlog ic 0 2 V CC VCC ⇒ T ph = RC ln 2 3V log ic 0 2.4 Mạch so sánh và khuếch đại: RF R1 N v0 v1 v2 R2 RP Phương trình dòng điện. .. 11µF * Tính toán cuộn cảm: Dòng ngõ ra trung bình là 10A Chọn dây đồng có đường kính: d=0,65 I = 0,65 10 = 2,06 mm Chọn lõi từ thanh ferit dài 4cm, ø = 1cm Cho µ = 1000 ÷ 6000 Ta có: 4π.10 −7.N 2 S μ L= l l L ⇒N= 4π.10 −7.S μ Với µ = 1000 ⇒N= 0,04.52.10 −3 2 −7 (0,01) 4π.10 π.1000 4 = 144 vòng Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thông – Lớp 03ĐT2 Đồ án môn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Với µ ... ΔI ΔI dt = Điện áp tụ: vC (t ) = ∫ iC (t )dt + vC (t = 0) C IC = T ∫ Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 (1.6) Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang Điện áp gợn... Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 17 PHẦN B : PHẦN TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ u cầu : * Điện áp vào: V DC = 25v ± 30% * Điện áp... rộng xung Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng – Khoa Điện tử Viễn thơng – Lớp 03ĐT2 Đồ án mơn học ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG Trang 18 TÁC DỤNG CỦA CÁC LINH KIỆN * Rsa ,VRa : phân áp, chọn điện áp ngưỡng * D