Mã CHƯƠNG: MH 13 - 04 GIỚI THIỆU
Ổn áp là mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho các mạch điện trong thiết bị theo yêu cầu thiết kế của mạch điện, từ một nguồn cung cấp ban đầu.
Mục tiêu của CHƯƠNG:
Kiến thức:
- Trình bày được cấu trúc IC họ 78, 79 và LM317
- Trình bày được nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp lấy ra 2 mức điện áp
đối xứng sử dụng IC 7805, 7905 và LM317
Kỹ năng:
- Tính tốn được các thơng số của mạch chỉnh lưu nhân đơi điện áp
- Nhận biết được các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phịng ngừa
- Lắp ráp và khảo sát được mạch theo đúng yêu cầu kỹ thuật.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Cĩ ý thức về an tồn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong quá trình lắp
ráp
1. LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ỔN ÁP
1.1. Giới thiệu IC họ 78XX và 79XX
Hiện nay người ta chế tạo ra nhiều loại IC ổn áp 3 chân rất tiện lợi cho việc thiết kế nguồn cơng suất nhỏ và chỉ dùng ít linh kiện.
IC 78xx là loại IC dùng để ổn áp nguồn dương.
IC 79xx là loại IC dùng để ổn áp nguồn âm. Hai số sau ghi xx chỉ điện áp ra của IC.
Ngồi ra cịn cĩ các IC ổn áp tương ứngvới họ 78 và 79: ICLM340xx, ICLM320xx…
1.1.1. Họ IC 78XX
62
Chân số 1 : input; Chân số 2 : GND; Chân số 3 : output
Hình 4.1 Sơ đồ chân IC 78XX
+ Điện áp vào của 78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1,5V đến 2V. Cụ
thể: Điện áp vào của 7805 từ 7V đến 9V; điện áp vào của 7812 từ 13.5 đến 15.5V;…
+ Dù input cĩ biến động trong khoảng trên thì output vẫn được ổn định. * Họ 78XX: Họ 78 cĩ2 số đầu 78 để chỉ họ IC là họ ổn áp nguồn dương (
Vo > 0 ), 2 số XX cho biết điện thế ở ngỏ ra. Ví dụ : 7805 : Ngỏ ra + 5VDC 7809 : Ngỏ ra + 9VDC 7815 : Ngỏ ra +15VDC … - Tùy theo hãng sản xuất khác nhau mà chữ sốđầu của mã hiệu IC cĩ thể khác nhau. Ví dụ:
+ AN7805: IC ổn áp ra +5V do hãng National – Panasonic chế tạo. + PC7805: IC ổn áp ra +5V do hãng NEC chế tạo
…
- Ngoài ra trên IC cịn cĩ một ký hiệu để dịng điện ra ổn áp. Thí dụ: + 78LXX: dịng điện ra danh định là 100mA (L: Low)
+ 78XX: dịng điện ra danh định là 1A.
+ 78HXX: dịng điện ra danh định là 5A (H: High)
63 - Sơ đồ chân IC Họ 79XX:
Chân số 1 là GND; Chân số 2 là Input; Chân số 3 là output.
Hình 4.2 Sơ đồ chân IC 79XX
* Họ 79XX: Họ 79XX cĩ2 số đầu 79 chỉ họ IC là họ ổn áp nguồn âm ( Vo ≤ 0 ), 2 Số XX cho biết điện thế ở ngõ ra.
Ví dụ : 7905 : ngỏ ra - 5VDC 7908 : ngỏ ra - 8VDC 7912 : ngỏ ra - 12VDC
1.2. Sơ đồ mạch:
1.2.1. Sơ đồ nguyên lý: 1.2.1.1. Sơ đồ họ 78XX
Hình 4.3 Sơ đồ họ 78XX
- Lưu ý :
+ Họ IC78.. chỉ cho dịng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi ráp IC trong mạch thì Vin > Vo từ 3 đến 5V khi đĩ IC mới phát huy tác dụng
2 - + VOUT C2 + 3 7805 VIN 1 C1 -
64 1.2.1.2. Sơ đồ họ 79XX Hình 4.4 Sơ đồ họ 79XX 1.3. Lắp ráp và khảo sát mạch 1.3.1. Lắp ráp mạch Hình 4.5 Sơ đồ mạch ổn áp nguồn DC Hình 4.6 Sơ đồ mạch ổn áp nguồn đơi 0 LED C2 0 79XX 2 3 1 VIN VOUT GN D R 0 0 Vin C1
65
1.3.2. Khảo sát mạch
- Lắp mạch như hình vẽ với các giá trị linh kiện trong mạch.
- Sử dụng VOM đo các giá trị điện áp ngõ vào (VI ) và ngõ ra (V0)
2. LẮP RÁP MẠCH ỔN ÁP ĐIỀU CHỈNH ĐƯỢC ĐIỆN ÁP NGÕ RA DÙNG IC LM317 DÙNG IC LM317
2.1. Cấu trúc của IC LM317
2.1.1. Nguyên lý ổn áp cĩ điều chỉnh
2.1.2. Hình dáng xác định chân IC LM 317
- Chân 1 (ADJ): Chân điều chỉnh - Chân 2 (Vout): Điện áp ra: - Chân 3 (Vin): Điện áp vào
Hình 4.7 Sơ đồ chân IC LM317
2.2 Nguyên lý hoạt đợng của mạch ổn áp điều chỉnh được điện áp ngõ
ra dùng IC LM317
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý
66
2.2.2. Nguyên lý hoạt động
IC LM317 là linh kiện ổn áp bù nối tiếp dùng để biến đổi và ổn định điện áp dương. Nĩ cĩ thể cấp dịng hơn 1.5 A và điện áp ngã ra cĩ thể biến thiên từ 1.25V đến 37 V. Là linh kiện tương đối dễ sử dụng vì nĩ chỉ cần thêm 2 điện trở bên ngồi để đặt điện áp ngã ra.Điện áp cấp cho tải ổn định hơn so với các loại IC ổn áp cố định. Ngồi việc cĩ hiệu suất cao hơn ổn áp cố định, loại IC này cịn được tích hợp khả năng hạn dịng khi ngắn mạch ,bảo vệ quá tải nhiệt... Sau đây là hình dạng thực tế và sơ đồ chân của IC LM317:
* Thơng số của LM317: + Điện áp đầu vào Vi = 40V + Nhiệt độ vận hành t = 0 - 125°
+ Dịng điện điều chỉnh là từ : 5 + Cơng suất tiêu thụ lớn nhất là 20W + Dịng điện đầu ra lớn nhất Imax = 1.5A
* Điện áp ra: + = 1 2 0 1.25 1 R R V
* Chúý: Để IC làm việc tốt ta nên gắn thêm đế tản nhiệt cho IC.
Ngồi IC ổn áp 78 và 79 người ta cịn chế tạo ra IC ổn áp cĩ thể điều chỉnh điện áp ra bằng mạch điều chỉnh đặt bên ngồi IC rất tiện lợi. Khả năng điều chỉnh của IC này từ 1.2v đến 25V.
Loại IC ổn áp nguồn dương LM117, LM217, LM317… Loại IC ổn áp nguồn âm: LM137, LM237, LM337…
Mạch điện trên là mạch ứng dụng của IC ổn áp nguồn dương. Yêu cầu diện áp ra của mạch: Vo = 1.2V đến 25V.
Dịng điện điều chỉnh cĩ tr5 số rất nhỏ khoảng 50µA đến 100µA. Điện áp ra được thay đổi theo cơng thức: Vo = 1.25(R1+VR)/R1
2.3. Lắp ráp mạch ổn áp điều chỉnh được điện áp ngõ ra dùng IC LM317
67
2.3.2. Khảo sát các thơng số của mạch:
- Lắp mạch như hình vẽ với các giá trị linh kiện trong mạch.
- Sử dụng VOM đo các giá trị điện áp ngõ ra (V0) kết hợp điều chỉnh biến
trở quan sát kết quả kim chỉ thị ghi vào bảng kết quả
VR 1K 1,5K 2K 2,5K 3K 3,5K 4K 4,5K 5K
V0
68
CHƯƠNG5: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH PHÂN CỰC BẰNG DỊNG BAZO VÀ CẦU PHÂN ÁP DÙNG TRANSISTOR BJT
Mã CHƯƠNG: MH 13 – 05
Giới thiệu
Transistor cĩ thể xem là linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử; các loại IC thực chất là các mạch tích hợp nhiều Transistor trong một linh kiện duy nhất. Trong các mạch điện Transistor được dùng để khuyếch đại tín hiệu tương tự, chuyển trạng thái của mạch số, sử dụng làm các cơng tắc điện tử, làm các bộ tạo dao động v v…
Mục tiêu của CHƯƠNG:
Kiến thức:
- Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, phân loại và nguyên lý hoạt động của BJT
- Trình bày được phương phát đo, kiểm tra BJT
- Trình bày được đặc điểm của mạch phân cực bằng dịng Bazo dùng
transistor BJT.
Kỹ năng:
- Nhận biết được các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phịng ngừa
- Lắp ráp, khảo sát được mạch phân cực bằng dịng Bazo dùng transistor BJT theo đúng yêu cầu kỹ thuật.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Cĩ ý thức về an tồn lao động, tính cẩn thận, chính xác trong q trình lắp
ráp.
1. LẮP RÁP MẠCH PHÂN CỰC BẰNG DỊNG BAZƠ VÀ CẦU PHÂN ÁP DÙNG
TRANSISTOR (BJT) 1.1. Cấu tạo, ký hiệu
BJT gồm 3 lớp bán dẫn đặt tiếp giáp nhau. Trong đĩ ở giữa là loại bán dẫn khác loại với 2 lớp bên cạnh. Tuỳ theo cách sắp xếp người ta chế tạo hai loại
transistor là transistor N-P-N và P-N-P.
69
- Loại N-P-N :
Hình 5.1 Cấu tạo và ký hiệu của transistor loại N-P-N
- Loại P-N-P :
Hình 5.2 Cấu tạo và ký hiệu của transistor loại P-N-P
- Cực E ( Emitter- cực phát) : là lớp cĩ nồng độ tạp chất lớn nhất chủ yếu cung cấp các electron .
- Cực C ( Collector- cực thu) : là lớp cĩ nồng độ tạp chất thấp hơn cĩ nhiệm vụ thu nhận các electron từ miền phát.
- Cực B ( Base –cực nền) : là lớp cĩ nồng độ tạp chất thấp nhất.
- JE là lớp tiếp giáp giữa E-B, JC là lớp tiếp giáp B-C.
- Với 3 sợi kim loại gắn vào 3 lớp nĩi trên dùng làm cực của transistor
cĩ tên là : cực E, cực C và cực B.
1.2. Nguyên lý hoạt động của transistor : 1.2.1. Hoạt động của Transistor NPN
Để transistor làm việc ta phải cấp cho các cực của nĩ một điện áp một chiều thích hợp. Tùy theo áp đặt vào các cực mà transistor làm việc ở các chế độ khác nhau. Transistor cĩ 3 chế độ làm việc chỉnh là chế độ ngưng dẫn, chế độ khuếch đại và chế độ bảo hồ. Ta lấy transistor N-P-N làm ví dụ :
B C E P P N E JE JC C Q,T N N P E C B JC JE B C E Q,T B E C
70
Hình 5.3 Hoạt động của Transistor NPN
- Khi cực B hở: các electron từ vùng N+ khơng thể qua vùng bán dẫn P được ( do mối nối P-N bị phân cực nghịch) nên khơng thể tái hợp giữa electron và lỗ trống, vì vậy khơng cĩ dịng qua transistor ( IB, IC, IE = 0)
- Khi nối cực B vào một điện áp dương sao cho: VC > VB > VE :
Lúc này 2 vùng bán dẫn N+và P giống như diode phân cực thuận nên dẫn điện, electron từ vùng N+sẽ sang vùng bán dẫn P để tái hợp với lỗ trống. Khi đĩ vùng P nhận thêm electron nên cĩ điện tích âm. Cực B nối với nguồn dương nên sẽ hút một số electron của vùng P xuống tạo thành dịng IB. Cực C nối với nguồn
dương cao hơn nên hút hầu hết electron trong vùng P sang vùng N tạo thành dịng
IC. Cực E nối với nguồn âm nên khi vùng N+ bị mất electron sẽ bị hút electron từ nguồn âm lên thế chổ tạo thành dịng IE.
Hình mũi tên trên chỉ chiều di chuyển của dịng điện, dịng quy ước chạy ngược chiều với dịng electron.
Theo định luật nút thì :
IE = IB + IC
- Nếu cĩ thêm tín hiệu xoay chiều es ( biên độ nhỏ) thơng qua tụ C1 , nghĩa là xếp chồng lên điện áp phân cực làm cho điện áp trên cực C cũng thay đổi nhưng biên độ lớn hơn lúc đầu, ta nĩi transistor đã khuếch đại tín hiệu.
Ghi chú:
+ Chế độ ngưng dẫn :nếu phân cực cho transistor cĩ VBE< V (VBE = 0
0,5)V thì transistor ngưng dẫn, dịng IB = 0, IC = 0 và VCE Vcc
+ Chế độ khuếch đại :nếu phân cực cho transistor cĩ VBE = (0,550,75)V transistor dẫn điện và cĩ dịng IB, dịng IC tăng theo IB qua hệ số khuếch đại hfe.
N+ N P E JE JC C B RL V1 V2 eS C1 C2 IB IE IC
71
+ Chế độ bảo hồ : nếu phân cực cho transistor cĩ VBE 0,8V thì
transistor sẽ dẫn rất mạnh gọi là bảo hồ. Lúc đĩ IB tăng cao làm IC tăng cao đến mức gần bằng Vcc/RC và điện áp VCE giảm xuống cịn rất nhỏ ( 0,2V) gọi là điện áp bảo hịa VCE sat ( saturation).
+ Chế độ đánh thủng : nếu ta đặt điện áp vào vượt qúa trị số cho phép sẽ làm cho vùng chuyển tiếp P-N bị đánh thủng.
Thơng số kỹ thuật :
- Dịng điện cực đại cho phép ICmax : là dịng điện tối đa cĩ thể chạy qua transistor mà khơng làm hư transistor ( cột 8)..
- Điện áp cực đại cho phép (VCBmax, VCEmax , VEBmax) : nếu vượt qua mức áp
này thì transistor sẽ bị đánh thủng ( tra cột 5, 6,7)..
-. Cơng suất tiêu tán P Cmax = VCEmax . ICmax <PTOT (Total) ( cột 10). .
- Hệ số khuếch đại dịng : hfE , ( cột 13)..
- Tần số làm việc : FTmin . Nếu lớn hơn trị số này thì hệ số khuếch đại transistor sẽ giảm xuống.
Ví dụ:
Bảng 5.1 Mợt số giá trị của Transistor
Mã Loại IC max VCE max(V) hFE = PTOT max
2N3035 NPN 700mA 40 50 500mW
2N3055 NPN 15A 60 20 117W
C828 NPN 50mA 50 65 250mW
A1015 PNP -150mA -50 120 400mW
Mã số và kiểu chân transistor : * Mã số :
- Nhật : + 2SA….. : PNP tần số cao. + 2SB …… : PNPtần số thấp.
72
+ 2SC …… : NPN tần số cao. + 2SD …… : NPN tần số thấp.
- Mỹ : 2N……
* Chú ý : Thực tế khơng ghi 2S mà ghi A, B, C, D. Ví dụ như : A1015, C1815…
* Hình dạng thực tế:
Loại SMD dán sát mạch in Loại cơng suất nhỏ loại NPN và PNP
Loại cơng suất lớn ( cịng ) Loại cơng suất lớn ( sị )
Hình 5.4: Hình dạng thực tế
1.3.Phương pháp đo, kiểm tra BJT
1.3.1. Cách xác định chân E, B, C của Transistor
- Sơ đồ tương đương của transistor :
Hình 5.5: Sơ đồ tương đương của transistor
C (Vỏ) E C B C828 E C B A1015 B BC858 C E B C E P-N-P B C E N-P-N
73
Xác định chân B, C, E:
- Vặn đồng hồ ở thang đo Rx10 :
- Xác định chân B :ta lần lượt đo các chân đến khi nào cĩ một que cố định ở 1 chân, que cịn lại chấm vào 2 chân cịn lại kim lên thì que cố định chấm vào chân nào thì chân đĩ là chân B.
Khi biết chân B, ta nhìn vào que chấm vào chân B là màu gì, nếu que màu đen thì transistor là lọai N-P-N, nếu que màu đỏ thì transistor là lọai P-N-P.
- Xác định chân C, E :
Khi biết chân B, ta đưa 2 que đo vào 2 chân cịn lại, nối tắt chân B với chân nào mà kim lên gần hoặc qúa nữa thang thì chân đĩ là chân C ( Que đen nối với chân C nếu là N-P-N và que đỏ nối với chân C nếu là P-N-P)
1.3.2. Phương pháp kiểm tra Transistor
Kiểm tra tốt xấu : Đưa 2 que đo lần lượt 2 chân C, E ( đổi que đo) , nếu : + Kim khơng lên : transistor tốt.
+ Kim lên : transistor bị đánh thủng
2. LẮP RÁP MẠCH PHÂN CỰC BẰNG CẦU PHÂN ÁP DÙNG TRANSISTOR
(BJT)
2.1. Nguyên lý hoạt đợng của mạch phân cực bằng cầu phân áp dùng transistor BJT
2.1.1. Sơ đồ mạch
x10
74 = + = + = K K K K K R R R R R B B B B BB 8,5 10 56 10 . 56 2 1 2 1 V K K K V R R R V V B B B CC BB 1,8 10 56 10 . 12 . 2 1 2 = + = + = A K K R R V V I E BB BE BB B 8,5 (100 1).0,5 20 7 , 0 8 , 1 ) 1 ( + + − = + + − =
Hình 5.6 Sơ đồ nguyên lý mạch phân cực bằng cầu phân áp
2.1.2. Đặc điểm của mạch:
Mạch dùng 2 điện trở RB1 và RB2 tạo thành bộ phân áp để phân cực cho ngõ
vào. RE để ổn định nhiệt. Cịn ở ngõ ra Vcc cung cấp điện áp phân cực cho VCE
qua RC và RE.
Khi đổi nguồn ở ngõ vào thì cĩ mạch tương đương như hình. Từ đây cách tính hồn tồn giống như mạch.
Ví dụ : Trasistor sử dụng trong mạch trên là loại N-P-N (Silic), cĩ hệ số khuếch đại = 60, Vcc = 9V. Biết trạng thái tỉnh IC = 1mA, VCE =1/2Vcc ( chọn