Thiết kế nguồn ổn áp

Chia sẻ: Mr Yo Ko | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

1
551
lượt xem
284
download

Thiết kế nguồn ổn áp

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Như chúng ta đã biết ,hầu hết các mạch điện tử ngày nay đều được cung cấp năng lượng bởi nguồn một chiều. Có thể đó là những nguồn có sẵn nhưng đại đa số đều được biến đổi từ điện lưới sang điện một chiều. Việc chuyển từ điên lưới xoay chiều sang điện một chiều được thực hiện dễ dàng các mạch chỉnh lưu, ví dụ mạch chỉnh lưu cầu. Nhưng điện áp một chiều sau chỉnh lưu có gợn sóng lớn, mặt khác điện áp này không ổn định, có thể dễ dàng bị biến đổi khi...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Thiết kế nguồn ổn áp

  1. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Lời nói đầu Như chúng ta đã biết ,hầu hết các mạch điện tử ngày nay đều được cung cấp năng lượng bởi nguồn một chiều. Có thể đó là những nguồn có sẵn nhưng đại đa số đều được biến đổi từ điện lưới sang điện một chiều. Việc chuyển từ điên lưới xoay chiều sang điện một chiều được thực hiện dễ dàng các mạch chỉnh lưu, ví dụ mạch chỉnh lưu cầu. Nhưng điện áp một chiều sau chỉnh lưu có gợn sóng lớn, mặt khác điện áp này không ổn định, có thể dễ dàng bị biến đổi khi U lưới thay đổi. Điều này gây ảnh hưởng rất lớn đến sự ổn định của mạch điện tử và tuổi thọ của các kinh kiện như IC, transistor…Chúng ta có thể khắc phục nhược điểm trên bằng cách mắc sau chỉnh lưu một bộ ổn áp để đảm bảo sự ổn định cho các thông số làm việc của mạch điện tử, khi mà điện áp lưới biến thiên trong một khoảng nào đó. Như vậy, chúng ta thấy rằng, chỉnh lưu bao giờ cũng đi liền với ổn áp, công việc thiết kế ra một bộ nguồn ổn áp để dùng cho các mạch điện tử là việc hết sức cơ bản và rất cần thiết đối với một nhà thiết kế. Ở trong bài này, em xin trình bày cách thiết kế một bộ ổn áp với đầu vào là điện lưới xoay chiều, đầu ra là điện áp một chiều với các thông số được nêu dưới đây. Qua 2 học kì được học bộ môn “Kĩ thuật Mạch điện tử ”, em đã được trang bị những kiến thức cơ bản về mạch điện tử , giờ đây em muốn được kết hợp lý thuyết với thực hành, bắt tay thiết kế một mạch điện đơn giản để tiếp cận với thực tiễn . Do hiểu biết của em còn có giới hạn ,trong trình bày chắc chắn sẽ còn nhiều sai sót. Mong thày giáo sẽ chỉ bảo thêm cho em để em được hoàn thiện thêm về lý thuyết và thực hành. 1
  2. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Chỉ tiêu của nguồn ổn áp : o Ur =12V. o Ir =6A. o Ulưới = (80→130)V. o Độ gợn sóng : 5 %. PHẦN I : LỰA CHỌN SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝCỦA MẠCH ỔN ÁP. 2
  3. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Mạch ổn áp được thực hiện nhờ các khối như sau: Khối Khối Khối lọc K/đ Biến áp Chỉnh điều lưu chỉnh Khối Khối phân áp khuyếch đại so sánh Khối tạo V ch Chúng ta sẽ xem xét chức năng, nguyên lý hoạt động của từng khối . I -KHỐI BIẾN ÁP. Khối biến áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới thành mức điện áp phù hợp đưa vào khối chỉnh lưu. Nó là một khối gồm các cuộn dây sơ cấp, thứ cấp được quấn trên một lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dát mỏng ghép lại với nhau. Sở dĩ phải được cấu tạo từ các lá thép mà không phải là một khối thép đặc là vì để tránh dòng Fucô chạy trên đó, gây toả nhiệt . Trong sơ đồ mạch điện, biến áp được ký hiệu như sau: 3
  4. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Trong đó: n1 : là số vòng dây của cuộn sơ cấp. n2 : là số vòng dây của cuộn thứ cấp. U1 : Điện áp xoay chiều đặt ở đầu vào cuộn sơ cấp. U2 : Điện áp xoay chiều ở đầu ra của cuộn thứ cấp. Nguyên tắc làm việc của biến áp như sau: Khi đầu vào sơ cấp của biến áp ta đặt một đIện áp xoay chiều U1 = Ulưới là tín hiệu hình sin (f=50Hz), trong lõi thép xuất hiện một từ trường biến thiên theo quy luật hình sin giống như đầu vào (f=50Hz). Từ thông biến thiên này cảm ứng sang bên cuộn dây thứ cấp một điện áp xoay chiều cũng ở dạng hình sin với f= 50Hz. Mặt khác, quan hệ về biên độ của điện áp đầu ra và đầu vào của biến áp là tỷ lệ thuận với tỷ số vòng dây n1 và n2: U 1 n1 = U 2 n2 Do đó, biến áp có khả năng hạ áp khi n1 > n2. Với bài thiết kế này ta phải hạ mức điện áp lưới từ (80-130) V ,xuống còn tối thiểu là 16.5V . Trên cơ sở đó, ta sẽ tính toán các giá trị như số vòng dây cuốn trên hai cuộn sơ cấp, thứ cấp, đường kính dây cuốn , tiết diện của các lá thép phù hợp với đòi hỏi trên. II . KHỐI CHỈNH LƯU Nhiệm vụ : biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều. Nguyên tắc: sử dụng các phần tử tích cực có đặc tuyến A-V không đối xưng sao cho dòng điện qua nó chỉ đi theo một chiều. Các phần tử tích cực thường được sử dụng là: - Diode(Si, Ge): dùng khi công suất ra nhỏvà trung bình. 4
  5. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. - Thyristor : dùng khi công suất ra lớn, có thể điều chỉnh điện áp ra tuỳ ý. Trong chỉnh lưu bằng diode , các mạch chỉnh lưu thường được dùng là: •Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ. •Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ: +Mạch chỉnh lưu cân bằng. +Mạch chỉnh lưu cầu. •Mạch chỉnh lưu bội áp. Ta chỉ quan tâm tới mạch chỉnh lưu cầu. Phương pháp chỉnh lưu cầu có rất nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác đó là tính ổn định của điện áp ra sau chỉnh lưu,điện áp ngược tối đa mà mỗi điốt phải chịu đựng chỉ bằng 1/2 so với chỉnh lưu nửa chu kỳ và độ gợn sóng của phương pháp chỉnh lưu này cũng giảm đi 2 lần so với chỉnh lưu nửa chu kỳ. Nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu: Trong từng nửa chu kỳ của điện áp thứ cấp U2 ,một cặp van có anôt dương nhất và katôt âm nhất mở cho dòng một chiều qua và cặp van còn lại khoá và chịu một điện áp ngược cực đại bằng biên độ U2m . Khi t 0 < t < t1 : D1 và D3 thông, D2 và D4 tắt, Ura = Uvao. Khi t1 < t < t 2 : D2 và D4 thông, D1 và D3 tắt, Ura = Uvao. 5
  6. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Như vậy, trong cả hai nửa chu kỳ, ta luôn có Ura > 0,tuy nhiên Ura = Uvao chỉ là lấy lý tưởng, thực tế Ura = √2 Uvao – 1,4V. Điện áp ra giảm 1,4V so với điện áp vào do sụt áp tổng cộng trên hai điốt thông trong mỗi nửa chu kỳ. Đối với hai Điốt tắt trong mỗi nửa chu kỳ, do điện áp đỉnh tối đa phân bố ngược đều trên hai điôt do đó điện áp ngược chỉ còn một nửa. Sau đây là giản đồ thời gian thể hiện quá trình trên Việc chọn giá trị tối đa về dòng và điện áp ngược mà diôt phải chịu đựng phụ thuộc vào dòng và áp mà mạch ổn áp phải chịu đựng, cung cấp cho tải. III. KHỐI LỌC: Tuy khối chỉnh lưu đã biến đổi được điện áp xoay chiều thành điện áp và một chiều nhưng điện áp ra sau chỉnh lưu có độ gợn sóng lớn . Giá trị điện áp biến thiên từ 0 đến √2Uvào –1,4V một cách chu kỳ,gọi là sự đập mạch(gợn sóng) điện áp hay dòng điện sau chỉnh lưu.Sự đập mạch hay gớn sóng này là do các sóng hài gây nên làm mất mát năng lượng một cách vô ích và gây nhiễu loạn cho sự làm việc của tải. Để giảm độ gợn sóng ta sử dụng các bộ lọc. Các bộ lọc thường được sử dụng là bộ lọc LC, RC . Trong thiết kế này ta dùng một tụ lọc RC có giá trị thoả mãn với chỉ tiêu độ gợn sóng là 5%. Khi dùng tải là tụ lọc C ở chế độ xác lập , do hiện tượng nạp và phóng điện của tụ C mạch lúc đó làm việc ở chế độ không liên tục. Sơ đồ nguyên lý mạch lọc bằng tụ điện : U2 U2 Clọc Rt 6
  7. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Ta có công thức tính giá trị điện dung của tụ thông qua độ gợn sóng như sau: Tchl C loc ≈ 3Rt K gs Trong đó: • Hệ số gợn sóng KGS(thực tế thường chọn )KGS =5%. • Điện trở tải ( tức là điện trở đầu vào của khối ổn áp) • Tần số của điện áp xoay chiều đầu vào chỉnh lưu f lấy giá trị f=50Hz IV.KHỐI ỔN ÁP. Sơ đồ khối của khối ổn áp: Khuếch đại điều chỉnh Khuếch đại Phân áp so sánh Tạo điện áp chuẩn 7
  8. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Thực chất của bộ ổn áp so sánh là sử dụng biện pháp hồi tiếp âm nên ta có sơ đồ tương đương như sau: KHỐI KHUẾCH ĐẠI(KĐ) KHỐI HỒI TIẾP (HT) Giả sử vì lý do nào đấy mà điện áp ra tăng lên một lượng ΔUr thì lượng biến thiên này sẽ quay trở lại đầu vào nhờ bộ hồi tiếp âm. Tín hiệu hồi tiếp âm ngượcpha với tín hiệu vào do đó nó sẽ làm yếu tín hiệu vào và ngược lại khi điện áp ra bị giảm đi một lượng ΔUr thì tín hiệu vào sẽ có xu hướng tăng lên để chống lại sự giảm này. Bộ khuyếch đại phản hồi trong nguồn ổn áp là bộ khuyếch đại một chiều. a Nếu ta gọi hệ số khuếch đại của khối khuếch đại là K , của khối hồi tiếp là K ht và của toàn bộ mạch sau khi có hồi tiếp là K ' . Ta có quan hệ sau: K K K'= = 1 + K ht K g Trong đó, g là độ sâu của phương pháp hồi tiếp âm (g>1). Vậy, khi có hồi tiếp âm, hệ số khuếch đại giảm đi g lần. Mặt khác, với việc sử dụng mạch ổn áp này (hồi tiếp âm), ta có nhiều hiệu ứng khác rất có lợi: - Điện trở vào tăng g lần, làm hiệu suất từ các tầng trước đưa đến tầng này tăng lên, đồng thời điện áp cung cấp cho mạch này ít chịu ảnh hưởng của sự biến đổi trở kháng ra của các tầng trước. - Điện trở ra giảm g lần, giúp điện áp ra ít bị biến đổi khi giá trị điện trở tải thay đổi. -Độ nhấp nháy giảm g lần. Tất cả các hiệu ứng trên đều có ảnh hưởng rất tốt trong việc ổn định dòng điện và điện áp ra. Ta nhận thấy khi hồi tiếp âm sâu : KK ht >>1 do đó 1 + KK ht ≈ KK ht . 1 K'≈ K ht 8
  9. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Hệ số KĐ tổng quát chỉ phụ thuộc vào hệ số K ht . Điều kiện để hồi tiếp âm là: • ϕK + ϕHT = 1800 • ⎢K ⎢ . ⎢KHT ⎢ >>1 Ta xét lần lượt từng khối của mạch ổn áp: 1.Khối phân áp: Tạo Upa tỉ lệ với điện áp ra, dùng làm tín hiệu so sánh với tín hiệu điện áp chuẩn, tạo ra sự chênh lệch để đưa vào khối khuyếch đại điều chỉnh Có nhiệm vụ trích 1 phần dòng đIện ra, tạo ra mức điện áp một chiều UPA tỷ lệ với URA dùng làm “thông tin” để so sánh với UCHUẨN , tạo ra một sự chênh lệch để từ đó điều khiển khối KĐ điều chỉnh. UPA tạo ra nhờ bộ phân áp điện trở như sau: Mạch này chỉ đơn thuần là mạch phân áp thông thường. Nếu ISS
  10. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Gọi Uz là đIện áp đánh thủng của điôt zener để điôt zener làm việc được thì tối thiểu U ngược cung cấp cho điôt zener (Ura) phải lớn hơn Uz. 3. Khối khuếch đại so sánh: Ta có thể dùng khuyếch đại thuật toán hoặc khuyếch đại Transistor. Ta sử dụng bộ KĐ transitor: Với : • Cực B đặt UPA • Cực E đặt UCHUẨN • Cực C lấy ra USS Như vậy đây chính là mạch KĐ kiểu E chung (CE) ⇒ ϕHT = Π. Mạch như sau: 10
  11. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Để phục vụ cho việc tính độ sâu hồi tiếp g, ta cần xác định K ht , hệ số KĐ này là sự tổng hợp của khối phân áp (Kpa) và khối khuếch đạI so sánh (Kss). RI r K pa = ; K ss = c' RI + RII re Trong đó, rc : ĐIện trở tương đương xoay chiều tại cực C của transitor. 25mV re' : ĐIện trở trong cực E của trandito ( re' = ). IE Khi biết g ta có thể xác định được, điện trở ra, vào và độ ổn định nhấp nháy của mạch ổn áp. Việc chọn transitor Q4 phụ thuộc vào công suất mà transitor phải chịu đựng. PD = U CE * I C 4. Khối khuếch đại điều chỉnh: Trong trường hợp này ta cũng sử dụng Transistor để xây dựng nên khối KĐ điều chỉnh . Tính hiệu so sánh được đưa vào chân B của Transistor, tín hiệu ra có thể lấy ở chân E hoặc chân C • Nếu lấy ở chân E ⇒ ϕK =00 • Nếu lấy ở chân C ⇒ ϕK =1800 Nhưng ϕHT = 1800 nên tín hiệu lấy ra ở chân e của Transistor KĐ điều chỉnh tức là ϕK =00 ⇒ Điều kiện hồi tiếp âm về pha được thoả mãn Mặt khác cả 2 khối KĐ điều chỉnh và khối KĐ so sánh đều mắc theo kiểu E chung do đó đIều kiện về biên độ ⎢K⎢. ⎢KHT ⎢ >>1 cũng thoả mãn. Nên khối ổn áp đã có hồi tiếp âm. Do yêu cầu kỹ thuật thì dòng vào KĐ điều chỉnh
  12. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Sơ đồ như sau: Từ sơ đồ trên ta thấy : Nếu gọi β1 , β2 , β3 là hệ số KĐ của các đèn T1, T2 , T3 thì hệ số KĐ của cả khối KĐ so sánh là : β = β1. β2 . β3 Các điện trở R1 , R2 , R3 là các điện trở để triệt dòng nhiệt của các Transistor: 12
  13. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. Dòng Ico (dòng rò ngược ) sẽ chảy qua lớp tiếp giáp b-e , nhờ có điện trở R đưa dòng này xuống đất. Tính điện trở triệt dòng nhiệt dựa theo công thức sau: 6,5V R = R BE = Rtr = IB 5 . Sơ đồ nguyên lý của khối ổn áp ϕk +ϕht =180. * Nguyên lý ổn áp của mạch điện như sau: Nếu điện áp ra (Ura) trên tải tăng , qua mạch phân áp UPA tăng , còn UCHUẨN vẫn giữ giá trị không đổi , làm cho UbeT4 tăng , khiến cho T4 dẫn điện mạnh , IcT4 tăng , gây sụt áp trên điện trở R1 nhiều , làm cho UbT3 giảm khiến cho T3 đẫn đIện yếu 13
  14. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. và kéo theo sự dẫn điện yếu của T2 , T3 trong tầng KĐ Darlingtơn , nội trở tăng , gây sụt áp UceT1 tăng , IcT1 giảm tức là Itải giảm , làm Ura giảm để ổn định ⇒ U ra=const. Tương tự Nếu điện áp ra (Ura) trên tải giảm , qua mạch phân áp UPA giảm , còn UCHUẨN vẫn giữ giá trị không đổi , làm cho UbeT4 giảm , khiến cho T4 dẫn điện yếu , IcT4 giảm , gây sụt áp trên đIện trở R1 ít , làm cho UbT3 tăng khiến cho T3 đẫn điện mạnh hơn và kéo theo sự dẫn điện mạnh nên của T2, T3 trong tầng KĐ Darlingtơn , nội trở giảm , gây sụt áp UceT1 giảm , dòng IcT1 tăng tức là Itải tăng , làm Ura tăng để ổn định ⇒ U ra = const Ưu điểm của mạch ổn áp kiểu bù: ổn áp tốt, phạm vi ổn áp đủ rộng và có thể điều chỉnh được (bằng cách thay đổi VR7 tương đương với thay đổi K pa ). Công suất ra đủ lớn khi chọn Q1 có công suất đủ lớn, do đó mạch điện được sử dụng rất phổ biến làm bộ nguồn cho nhiều thiết bị điện tử , máy móc điện tử. 6 Sơ đồ nguyên lý cuối cùng của mạch điện tổng hợp từ những khối đã phân tích ở trên: 14
  15. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. PHẦN II: TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC GIÁ TRỊ LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH. I .KHỐI BIẾN ÁP: Với chỉ tiêu Ura =12V, ta chọn Uvào=15V. Ta phải chọn Uvào lớn hơn Ura tối thiểu là 2V để dự phòng cho độ gợn sóng. Điện áp này phải thoả mãn ngay cả khi Ulưới có giá trị thấp nhất là 80V. Đồng thời , ta phải cộng thêm một lượng điện áp rơi trên hai điôt chỉnh lưu. Ta có giá trị của điện áp ra trên cuộn dây thứ cấp là: U2=U 1 +0,7*2=16,4V. Tỉ số biến áp : 15
  16. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. n1 u1 80 2 = = ≈ 7 (lần). n 2 u 2 16,4 Từ đó ta có thể tính được điện áp ra lớn nhất trên hai cuộn thứ cấp: n2 1 U 2 =U1 * =130* 2 * ≈ 26V n1 7 Ta có: Iv ≈ Ir ≈ Ic = 6 A. Từ điện áp và dòng điện trên ta tính được công suất lớn nhất biến áp cung cấp là: Pv = (U 2 − 0.7 * 2) * Iv = ( 26 − 1.4) * 6 = 147 W. Nếu coi tổn hao trên hai điôt chỉnh lưu cầu là 10% thì ta có Công suất thựclớn nhất mà biến áp cần cung cấp cho mạch ổn áp là: 100 P 2t = 147 * = 162 W. 90 100 Công suất đầu vào là : P 1v =162* =179 W 90 Dòng điện chạy trên cuộn sơ cấp là: 179 I1= =1.37A. 130 Ta phải chọn cầu chì có dòng tối đa là 2A. Để tính diện tích tiết diện của lõi biến thế ta dựa vào công thức: 2 S = (0.8 ÷ 1.3) P (cm ). (Ta phải lấy giá trị của điện áp ralớn nhất đã tính toán ở trên). 2 S = (0.8 ÷ 1.3) 179 ≈ 17 (cm ). Chọn diện tích tiết diện của lõi biến thế là 17 cm2 , ta dùng thép kỹ thuật tôn- silíc. Theo tiêu chuẩn mật độ dòng 3 A 2 ,ta tính được diện tích tiết diện của đường mm kính dây cuốn biến áp: Sơ cấp: 1.37 2 s1 = ≈ 0.46 (mm ). 3 Thứ cấp: 6 2 s2 = = 2 (mm ). 3 Đường kính dây cuốn biến áp trên cuộn sơ cấp là: s1 d1 = 2 = 0.76 (mm). Π Đường kính dây cuốn biến áp trên cuộn thứ cấp là: 16
  17. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. s d 2 = 2 2 = 1.6 (mm). Π Số vòng Vôn vong 45 45 = 2 = ≈ 2.7(vòng/vôn) volt s (cm ) 17 Số vòng dây trên cuộn Sơ cấp: n 1 =130*2.7=351 (vòng) Số vòng dây trên cuộn thứ cấp: n 2 =2.7*26=70 (vòng) Sau khi đã tính toán giá trị các thông số của biến áp được lựa chọn là: Diện tích tiết diện lõi biến áp:S=17cm2 . Đường kính dây cuốn biến áp trên hai cuộn: Sơ cấp: d1 = 0.76 mm ; Thứ cấp: d 2 = 1,6 mm. Số vòng dây trên hai cuộn: Sơ cấp: n1 = 351(vòng) ; Thứ cấp n2 = 70 (vòng). II.KHỐI LỌC. • Xét tụ lọc sau chỉnh lưu, tụ này cũng phải chịu đựng điện áp vàolớn nhất là 24.5V, vậy ta chọn tụ có Umax =50V. Mặt khác, để xác định điện dung của tụ điện ta dựa vào độ gợn sóng sau khối Tchl chỉnh lưu: Cloc = 3Rt K gs Ta chọn độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu là Kgs=5%=0,05. 1 1 Chu kỳ chỉnh lưu Tchl = = = 0.01 f chl 2 x50 12V Điện trở tải tương đương Rt = = 2Ω 6A 0,01 Vậy Cloc = = 0.033 (F). 3 * 2 * 0,05 Chọn C loc = 40 (mF). III.KHỐI ỔN ÁP. 17
  18. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. • Khối KĐ điều chỉnh gồm các transistor mắc kiểu Darlinton, ta cần tính số transistor và công suất chịu đựng của từng transistor. Với I CQ 4 min = 2mA I CQ 4 min I BQ 3 ≤ = 0,2mA 10 chọn I BQ 3 = 0,2mA hệ số khuyếch đại khối KĐ điều chỉnh phải tạo ra là 3A β= = 15000 (lần) 0,2mA Với mỗi transistor có hệ số KĐ dòng là 50 thì ta cần dùng 3 transistor để tạo nên khối KĐ Darlinton ( β = 50 x50 x50 = 125000 > 15000 ). Để tính công suất tối đa cho từng transistor ta sử dụng công thức P = U CE xI C . Với Q1: Pmax = (24.5 − 12) x6 = 75 (W). 6 Với Q2: Pmax = (24.5 − 12.65) x ≈ 1.42 (W). 50 6 Với Q3: Pmax = (24.5 − 13.3) x ≈ 27(mW ) . 50 x50 Ta có thể chọn Q1 là Chọn R1 sao cho I CQ 4 min ≥ 1mA . UBQ3=Ura+3*0.7 ≈ 14(V). Chọn Uvàomin=UBQ3 +1=15(V). U vao min − U BQ 3 15 − 14 Ta có: I CQ 4 min = = = 1(mA) R1 R1 Vậy : R1 = 1 (KΩ). 24.5 − 14 Khi đó, I CQ 4 max = = 10.5 mA 1KΩ • R5 thường được chọn sao cho I R 5 = (2 ÷ 5)mA , nếu chọn I R 5 = 3mA ta tính được: 12 − 6 R5 = = 2000(Ω) => chọn R5=2.2KΩ 3 x10 −3 • Với điôt Zener ta có thể chọn tuỳ ý giá trị điện áp đánh thủng của Dz miễn là giá trị này phải nhỏ hơn Ura = 25V, tuy nhiên giá trị Uz thường được chọn là 6V. Công suất của Dz có thể được tính theo công thức: PDZ max = U Z xI Z max . Do đó, I Z max = I CQ 4 max + I R 5 = 10.5 + 3 = 13.5 mA PZ max = 6 x13.5 = 81 mW. 18
  19. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. • Đối với transistor Q4 ta cũng tính công suất tối đa Pmax = (14 − 6) * 10.5 x10 −3 = 81 mW. Ta dùng Q4 là . •Tính điện trở triệt dòng nhiệt của các transitos R2, R3, R4: Ta chọn điện trở này sao cho nó bằng với điện trở tương đương nhìn từ cực Bazơ của mỗi Q. U BEQ1 0,65 Với R4: R4 = = = 5 .4 ( Ω ) I BQ1 6 50 U BEQ 2 0,65 Với R3: R3 = = = 270 (Ω) I BQ 2 6 50 2 U BEQ 3 0,65 Với R2: R2 = = ≈ 14 (KΩ) I BQ 3 6 50 3 • Xác định R6, VR7 và R8: Ta dựa vào giả thiết dòng I pa >> I BQ 4 max ( I VSS ) I CQ 4 max 10.5 x10 −3 I pa = I BQ 4 max x10 = x10 = x10 = 2,1(mA) , khi đó, tổng 3 điện trở R6, β 50 VR7 và R8 phải thoả mãn: U ra 12 R I + RII = R6 + VR7 + R8 = = = 5.7 KΩ. I pa 2,1 * 10 −3 Để tính cụ thể R6, VR7 và R8 ta cần thêm phương trình phân áp: RII R8 + VR7 b U Z + U BEQ 4 6 + 0,65 = = = = 0.554 RI + RII R6 + VR7 b + VR7 a + R8 U ra 12 R8 + VR7 b R + VR7 b = 8 = 0.554 R6 + VR7 b + VR7 a + R8 5.7kΩ R8 + VR7 b ≈ 3.2( KΩ) R6 + VR7 a = 5.7 − 3.2 = 2.5( KΩ) Ta chọn: R6 = 2.2 K , R8 = 2.2 K , VR7 = 2( KΩ) . Vậy giá trị các linh kiện được lựa chọn trong khối ổn áp là: Q1: 2N3055 Q2: D468 Q3,Q4: C828. R1 = 1 (KΩ), R4 = 5.4(Ω), R3 = 270(Ω), R2 = 14( KΩ), R5 = 2.2( KΩ) , R6 = 2.2kΩ, R8 = 2.2 KΩ, VR7 = 2( KΩ) 19
  20. Nguyễn Công Anh lớp điện tử 7-k47 Thiết kế nguồn ổn áp -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. 4 .TÍNH HỆ SỐ GỢN SÓNG CỦA CẢ MẠCH: Ta có thể tính chỉ tiêu chống nhấp nháy của đầu ra như sau: Như đã nói ở trên, độ nhấp nháy của đầu ra sau mạch ổn áp sẽ tốt lên một K gs K gs lượng đúng = độ sâu hồi tiếp g: K gs = ' = g 1 + KK ht Vì khối khuếch đại mắc kiểu C chung hệ số khuyếch đại K≈1, mặt khác, Kht là sự tổng hợp của khối phân áp và khối KĐ so sánh (kiểu E chung): rCQ 4 K ht = K pa xK SS = 0,4 x ' reQ 4 Trong đó, rCQ 4 , reQ 4 : lần lượt là điện trở tương đương xoay chiều và điện trở ' 25mV trong cực E của Q4 hai giá trị này lần lượt rCQ 4 ≈ R1 ≈ 1( KΩ), reQ 4 = ' ta chọn IE trường hợp tệ nhất khi g nhỏ nhất (Kgs ít giảm nhất) I E là lớn nhất =10.5(mA) Thay vào phương trình ta được: 1000 K ht =K pa *K ss =0.266* =112 25 * 10 −3 10.5 * 10 −3 Ta có : g=1+1*112=113 độ nhấp nháy cuối cùng là : K gs 0,05 K gs = ' = ≈ 0,0442% g 113 Phần III : Thực nghiệm, mạch in, lắp ráp và thông số đo được. Sơ đồ mạch in được thiết kế trên Layout Plus 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản