Thiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2A

Thiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2AThiết Kế Bộ Nguồn Áp Một Chiều Có Điện Áp 5V, 12V: Dòng 2A

Lời nói đầu

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong

sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước Những thiết bị điện,điện tử được phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rỗng rãi trong đời sống cũng như sản suất Từ những thời gian đầu phát triển KTS đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm Những thành tựu của

nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn học chúng em sau một thời gian học tập được các thầy cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình

của thầy Nguyễn Hải Hà cùng với sự lỗ lực của bản thân, em đã “Thiết kế bộ nguồn ổn áp một chiều có điện áp 5v,12v: dòng 2A“ nhưng do thời gian, kiến

thức và kinh nghiệm của em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong được sự giúp đỡ & tham khảo ý kiến cảu thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.

Lời nói đầu 1

Chương I: 3

Giới thiệu chung một số linh kiện dùng trong mạch 3

1.1-Điện trở 3

1.2-Tụ điện 6

1.3-Diode 8

1.4-IC ổn áp 11

1.5 -Transistor 14

Chương II: 18

Phân tích bài toán 18

2.1-Khái niệm chung về bộ nguồn 18

2.2-Sơ đồ khối mạch nguồn 18

Biến áp 18

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý 19

Chương III : Kết quả 25

Lời kết 28

Tài liệu tham khảo 29

1.1.2 Ký hiệu của điện trởtrong mạch điện

Linh Kiện Điện

Dòng Điện

Điện Trở Kháng và

Nhiệt Độ

for Conductor for Non Conductor

Điện Kháng

/_ 0

Giá Trị Mả Màu Hệ Thống Vạch Màu giá trị của điện trở

Đen(Ω)Black)

Nâu(Ω)Brown)

Đỏ(Ω)Red)

Cam(Ω)Orange)

Vàng(Ω)Yellow)

XanhLáCây(Ω)Green)

XanhDatrời(Ω)Blue)

(Ω)Tím(Ω)Violet)

Xám(Ω)Grey)

Trắng(Ω)White)

1.1.3 Phân loại điện trở

* Phân loại theo cấu tạo có 3 loại cơ bản:

- Than ép: Loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp

- Màng than: Loại này có công suất > 3W và hoạt động ở tần số cao - Dây

quấn: Loại này có công suất > 5W và hoạt động ở tần số thấp

* Phân loại theo công suất:

- Công suất nhỏ: Kích thước nhỏ

- Công suất trung bình: Kích thước lớn hơn - Công

suất lớn: Kích thước lớn nhất

* Lưu ý:

- Kích thước càng lớn khả năng tàn nhiệt càng nhiều - Kích

thước càng nhỏ khả năng tản nhiệt càng ít

- Khi ghép nối các điện trở nên chọn có cùng công suất

- Khi thay thế điện trở cũng phải chọn loại cùng công suất

1.2.2.Kí hiệu một số tụ

1.2.3 Phân loại tụ điện

Có rất nhiều phương pháp phân loại nhưng ở đây ta dựa trên cơ sở chất chế tạo bên trong tụ điện thì có các loại sau:

o Nhóm tụ Mica, tụ Sêlen, tụ Ceramic nhóm này làm việc ở khu vực tần số cao tần

o Nhóm tụ sứ, sành, giấy, dầu: Nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trung bình

o Tụ hoá học hoạt động ở khu vực có tần số thấp

1.2.4 Công dụng của tụ điện

- Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn dòng một chiều

- Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ

- Đơn vị đo điện dung ở mạch điện tử gồm: pF (Ω)Pico Fara), nF (Ω)nano Fara),

µF (Ω)Micro Fara)

- Khi sử dụng tụ ta phải quan tâm đến 2 thông số:

o Điện dung: Cho biết khả năng chứa điện của tụ

o Điện áp: Cho biết khả năng chịu đựng của tụ

1.3.1.Khái niệm và ký hiệu

Diode bán dẫn có cấu tạo là một chuyển tiếp p-n với hai điện cực nối ra, cực nối ra

từ miền p gọi là A nốt(Ω) A), cực nối ra rừ n gọi là K tốt (Ω)K)

 Ký hiệu :

Hình1.1: hình ảnh thật của diode

Hình 1.2: cấu tạo bên trong

Khi diode có điện thế Anôt dương hơn so với Katôt, ta nói diode được phân cựcthuận đi qua, diode dẫn điện Ngược lại, khi diode có điện thế Anôt âm hơn so Katôtthì diode bị phân cực ngược, diode không có dòng điện

1.3.2.Tính chất của diode

Diode chỉ dẫn điện theo một chiều từ anot đến katot theo nguyên lý dòng điện chảy

từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp muốn có dòng điện qua diode theo chiều

từ nơi có điện thế cao đén nơi có điện thế thấp cần phải đặt ở anot một điện thế cao hơn

ở katot.Khi đó UAK>0 và ngược chiều với điện áp tiếp xúc (Ω)UTX).Như vậy muốn códòng điện qua diode thì điện trường do UAK sinh ra phải mạnh hơn điện trường tiếpxúc,tức la UAK>UTX.Khi đó một phần của điện áp UAK dùng đẻ cân bằng với điện

áp tiếp xúc (Ω)khoảng 0,6 V)phần còn lại dùng để tạo dòng điện thuận qua diode Khi UAK>0,ta nói diode phân cực thuận và dòng điện qua diode lúc đó gọi làdòng điện thuận (Ω)chiều từ A sang K) Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếpxúc thì diode trở nên dẫn điện rất tốt, tức là điện trở của diode lúc đó rất thấp(Ω)khoảng vái chục ohm).Do vậy phần điện áp để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơnnhiều so với phần điện áp dùng để cân bằng với UTX Thông thường phần điện ápdùng để cân bằng với UTX cần khoảng 0.6V và phần điện áp tạo ra dòng thuậnkhoảng 0.1-0.5V tùy theo dòng thuận vài chục mA hay lớn đến vài Ampe.Như vậy giátrị của UAK đủ đẻ có dòng qua diode khoảng 0.6-1.1V Ngưỡng 0.6V là ngưỡng diodebắt đầu dẫn và UAK=0.7V thì dòng qua diode khoảng vài chục mA Nếu diode còn tốtthì nó không dẫn điện theo chiều ngươc tư K-A.Thực tế vẫn tồn tại dòng ngược nếudiode bị phân cưc ngược với hiệu điện thế lớn.Tuy nhiên dòng ngược rất nhỏ cõ µA vàthường không thường quan tâm tới cac ứng dụng công nghiệp.Mọi diode chỉnh lưu đềukhông dẫn điện theo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn thì diode bị đánhthủng,dòng điện qua diode tăng nhanh và đốt cháy diode và vậy khi sử dụng tuân thủ

2 điều kiện sau :

- Dòng điện thuận qua diode không được lớn hơn giá trị tối đa cho phép

- Điên áp phân cực ngược (Ω) UAK ) không được lớn hơn VBR (Ω)một ngưỡng đánhthủng )

VD : Diode 1N4007 có thông số kĩ thuật do hãng sản xuất như sau: VBR =1000V ,

IF MAX =1A , VF=1,1V khi IFMAX =IF Cho biết :

- Dòng điện thuận không được lớn hơn 1A

- Ungược MAX đạt vào diode không được lớn hơn 1000V

- Uthuận (Ω)UAK ) có thể tăng đến 1,1V nếu Ithuận = 1A Lưu ý đối với diode chỉnhlưu chung thì UAK = 0,6V thì diode bắt đầu dẫn điện và khi UAK = 0,7V thì dòng quadiode đạt đến vài chuc mA

1.3.3.Đặc tuyến Von - Ampe của diode bán dẫn

Đặc tuyến Von-Ampe của diode được chia làm 3 vùng :

Hình 1.3: Đặc tuyến Von-Ampe của diode

Vùng 1: Ứng với trường hợp phân cực thuận điện áp nhỏ dòng điện lớn điện trở nhỏ (Ω)Ω))

Vùng 2: Diode phân cực ngược (Ω) khoá), điện áp vài chục đến vài trăm vol, dòng điệnnhỏ và điện trở lớn (Ω)kΩ) )

Vùng 3: Vùng đánh thủng, dòng điện tăng đột ngột, điện áp hầu như không tăngNguyên nhân do nhiệt độ quá cao hoặc điện áp ngược quá lớn dẫn đến diode mất tínhchất van dẫn

Các tham số giới hạn của diode :

- Điện áp ngược cực đại để diode còn thể hiện tính chất van (Ω)chưa bị đánh thủng): Ungc max(Ω) thường giá trị Ungc max chọn khoảng 80% giá trị điện áp đánh thủng U

dt - Dòng điện cho phép cực đại qua van lúc mở: I Acf

- Công suất tiêu hao cực đại cho phép trên van để chưa bị hỏng vì nhiệt: Pcf

1.3.4.Ứng dụng của Diode bán dẫn

* Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các

mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng

1.3.5.Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làmviệc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA

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

1.4-IC ổn áp

1.4.1.Giới thiệu chung về IC

IC là một mạch điện tử mà các thành phần tác động và thụ động đều được chế tạokết tụ trong hoặc trên một đế hay thân hoặc không thể tách rời nhau được Đế này, cóthể là một phiến bán dẫn (Ω)hầu hết là Si) hoặc một phiến cách điện Một IC thường cókích thước dài rộng cỡ vài trăm đến vài ngàn micron, dày cỡ vài trăm micron được

đựng trong một vỏ bằng kim lọai hoặc bằng plastic Những IC như vậy thường là một

bộ phận chức năng tức là một bộ phận có khả năng thể hiện một chức năng điện tử nào

đó Sự kết tụ các thành phần của mạch điện tử cũng như các bộ phận cấu thành của một

hệ thống điện tử vẫn là hướng tìm tòi và theo đuổi từ lâu trong ngành điện tử Nhu cầucủa sự kết tụ phá tminh từ sự kết tụ tất nhiên của các mạch và hệ thống điện tử theochiu hướng từ đơn giản đến phức tạp, từ nhỏ đến lớn, từ tần số thấp (Ω)tốc độ chậm ) đếntần số cao (Ω)tốc độ nhanh) Sự tiến triển này là kết quả tất yếu của nhu cầu ngày càngtăng trong việc xử lý lượng tin tức ngày càng nhiều của xã hội phát triển

3 Output là chân nguồn đầu ra

Hình 1.4 Hình ảnh của IC 78xx

Hình 1.5 Sơ đồ cáu trúc của 78xx

 Nguyên lý hoạt động của 78xx

Dòng điện DC qua tụ lọc đến chân 1 của IC (Ω)tức là đến chân C của transistor lúcnày transistor chưa hoạt động (Ω)chưa dẫn) Nhờ điện trở R tạo dòng định thiên cắt mởchân B của transistor , nên transistor dẫn Do chân B của Transistor nối qua điodezenner (Ω) điện áp khoảng 4.5 V ) xuống mát sẽ ghim mức điên áp ra ở chân E củatransirtor (Ω) chân 3 của IC ) là giá trị dương Điện áp đặt trước IC 78XX phải lớn hơnđiện áp cần ổn áp từ 1.5V ~ 2V Họ IC 78xx chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trởxuống, khi giáp IC trong mạch thì U in > Uout từ 3V~5V khi đó IC mới phát huy tácdụng

1.5 -Transistor

1.5.1 Cấu tạo của Transistor ( Bóng bán dẫn )

Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếughép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Ω) Base),lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Ω) Emitter ) viết tắt là E, và cựcthu hay cực góp (Ω) Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (Ω) loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được

.

Hình 1.6 Cấu tạo của transistor

 Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọilà cực gốc ký hiệu la B (Ω) Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.

 Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Ω)Emitter ) viết tắt là E, vàcực thu hay cực góp (Ω) Collector )viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loạibán dẫn (Ω)loại N hay P )nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nênkhông hoán vị chonhau được

1.5.2 Hoạt động của Transistor NPN

Hình 1.7.Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt

 Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưngvẫn không có dòng điện chạy qua mối C E (Ω) lúcnàydòng IC = 0 )

 Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy

từ (Ω)+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (Ω)-) tạothành dòng IB

 Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làmbóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB

 Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theomột công thức

IC = β.IB

 Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE

 β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối

tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực

B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy sốđiện tử tự do từ lớp bán dẫn N (Ω) cực E )vượt qua tiếp giáp sang lớpbán dẫn P(Ω) cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, mộtphần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn sốđiện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICEchạy qua Transistor

1.5.3 Xét hoạt động của Transistor PNP

Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ

E sang B

Hình 2-1 Sơ đồ khối mạch nguồn.

Phân tích bài toán

2.1-Khái niệm chung về bộ nguồn.

Các mạch điện tử và các thiết bị điện tử nói chung muốn hoạt động tốt cần phải đượccung cấp năng lượng điện ổn định Mạch nguồn cung cấp tiếp nhận năng lượng từ cácnguồn điện xoay chiều (Ω)AC) hoặc một chiều (Ω)DC) và biến đổi thành nguồn năng lượngcung cấp (Ω)power suply) cho mạch điện tử dưới dạng một nguồn áp một chiều (Ω) U DC)thích hợp và ổn định đối với các biến động của nguồn và tải Các mạch điện tử riêng lẻthường yêu cầu nguồn cung cấp có công suất nhỏ diện áp thấp, mạch nguồn có cấu trúcđơn giản Các thiết bị điện tử công nghiệp và dân dụng yêu cầu nguồn cung cấp cócông suất lớn, hiệu suất cao, nhiều mức U DC khác nhau (Ω)điện áp từ vài vôn đến vài trămvôn, trường hợp đặc biệt cố thể tới hàng ngàn vôn, công suất từ hàng trăm đến hàngngàn wat) do đó mạch nguồn có cấu trúc phức tạp với các mạch nguồn biến đổi điện áp

1 chiều thành xoay chiều và mạch ổn áp hoạt động theo nguyên lý điều khiển xungchuyển mạch tần số cao

2.2-Sơ đồ khối mạch nguồn

 Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trịthích hợp với yêu cầu Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp U1 không cầnbiến áp

 Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp mộtchiều không bằng phẳng U0 Sự không bằng phẳng này phụ thuộc cụ thể vào từng dạngmạch chỉnh lưu.

 Mạch lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U0 thành điện ápmột chiều U01 ít nhấp nhô hơn

 Mạch ổn áp một chiều (Ω)ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (Ω)dòng điện) ở đầu

ra Ur (Ω)It), khi U01 thay đổi theo sự mất ổn định của U1 hay dòng tải It thay đổi Trongtrường hợp không có yêu cầu cao thì không cần mạch ổn áp, ổn dòng một chiều

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2: sơ đồ nguyên lý

 Máy biến áp:

Yêu cầu đề bài điện áp ra ổn định tối đa là 24VDC, mà điện áp đầu vào 220VACnên ta có thể sử dụng máy biến áp: 220VAC-24VAC-3A

 Diode

Các IC ổn áp trong mạch nguồn này có IRa tối đa là 2A nên lựa chọn diode Lt-kbp

307, với dòng chịu được là 3a

 Tụ điện

Tụ có điện dung lớn để san phẳng điện áp để làm giảm độ gợn sóng Chọn tụ có giátrị của tụ lọc tính gần đúng theo biểu thức sau C= 1/(Ω)mdm W.R Kdm Ra) Ta có :trong mạch chỉnh lưu cầu 4 diode : mdm= 2 Để cho sóng ra bằng phẳng người tachọn : Kdm =0.1 W = 2πf = 2π.50 =100π (rad/s)f = 2πf = 2π.50 =100π (rad/s).50 =100πf = 2π.50 =100π (rad/s) (Ω)rad/s)

Khi IMAX =2A và U Ra Max = 12V thì có : Z= 12/2 =6 Ω) Vì dòng điện ra làdòng một chiều nên ta có Z = Rt =12Ω) → C =1/(Ω)mdm.W.Kdm.R) =1/(Ω)2.100πf = 2π.50 =100π (rad/s).12.0,1 ) =13.2 10-4 F=130 µF Với giá trị như vậy ta có thể chọn tụ là:1000µF ; 2200µF

- Chọn tụ lọc cao tần là tụ gốm 104 vì tụ này có tần số lọc lớn f= 1/(Ω)2πf = 2π.50 =100π (rad/s) Xc C )

 Nguyên lý làm việc:

a) Khối áp: