Giáo trình Sửa chữa nguồn trong thiết bị điện tử (Nghề: Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Sửa chữa nguồn trong thiết bị điện tử (Nghề: Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp)" được biên soạn với mục tiêu giúp các em sinh viên trình bày được khái niệm về nguồn điện trong các thiết bị điện tử; nắm được các dạng nguồn điện trong kỹ thuật điện, điện tử;...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Sửa chữa nguồn trong thiết bị điện tử (Nghề: Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Sửa chữa nguồn trong thiết bị điện tử là một trong những mô đun chuyên môn của nghề Điện tử dân dụng được biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện tử dân dụng hệ Trung cấp. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu, trong mỗi bài học đều có thí dụ và bài tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phần lý thuyết. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và cập nhật những kiến thức mới có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung giáo trình được biên soạn với lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có: Bài 01 MĐ21-01: Khái niệm chung Bài 02 MĐ21-02: Ổn áp tham số Bài 03 MĐ21-03: Ổn áp kiểu bù Bài 04 MĐ21-04: Ổn áp kiểu xung Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các nghề cơ điện tử, điện công nghiệp và Các nghề khác có các mạch điện tử điều khiển. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ điều chỉnh hoàn thiện hơn. Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: 2
MỤC LUC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN...........................................................................................1 LỜI GIỚI THIỆU..........................................................................................................2 MỤC LUC.....................................................................................................................3 BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG.......................................................................................8 1. Khái niệm về nguồn cung cấp trong thiết bị điện, điện tử..........................................8 1.1. Định nghĩa về nguồn cung cấp trong thiết bị điện, điện tử......................................8 1.2. Phân loại nguồn cung cấp.......................................................................................8 2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của nguồn cấp điện..........................................8 3. Nhiệm vụ của từng khối và Nguyên lý hoạt động của hệ thống.................................9 3.1 Nhiệm vụ cùa từng khối...........................................................................................9 3.2. Dạng mạch chỉnh lưu và lọc điện thường gặp........................................................9 4. Thực hành................................................................................................................10 4.1. Ráp mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 4 diode............................................................10 4.2. Ráp mạch chỉnh lưu tạo nguồn +, - VDC ( nguồn đôi).........................................10 BÀI 2: ỔN ÁP THAM SỐ...........................................................................................13 1. Ổn áp dùng điốt zener..............................................................................................13 1.1. Đặc tính của điôt zener và thông số kỹ thuật.........................................................13 1.2. Mạch ổn áp dùng điốt zener..................................................................................14 1.3. Thiết kế mạch ổn áp dùng điốt zener....................................................................15 2. Ổn áp kết hợp dùng điôt zener và transsitor.............................................................15 2.1. Nhược điểm của mạch ổn áp dùng zener..............................................................15 2.2. Phương pháp mở rộng dòng ổn áp dùng trassitor..................................................15 2.3. Cách thiết kế mạch ổn áp kết hợp điôt zener và trassitor......................................16 2.4. Mạch ổn áp tham số dùng IC họ 78XX.................................................................17 3. Thiết kế, kiểm tra, sửa chữa nguồn ổn áp tham số...................................................18 3.1. Thiết kế.................................................................................................................18 3.2. Kiểm tra, sửa chữa................................................................................................21 4. Thực hành................................................................................................................22 4.1. Ráp mạch ổn áp sử dụng diode Zener...................................................................22 4.2. Ráp mạch ổn áp dùng diode zener kết hợp transistor............................................23 BÀI 3: ỔN ÁP KIỂU BÙ............................................................................................26 1. Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của nguồn ổn áp kiểu bù.......................................26 1.1. Sơ đồ khối............................................................................................................. 26 1.2. Nguyên lý hoạt động.............................................................................................26 1.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với nguồn ổn áp kiểu bù................................................27 2. Các dạng mạch dùng ổn áp kiểu bù.........................................................................28 2.1. Dạng mạch căn bản...............................................................................................28 2.2. Dạng mạch đặc biệt...............................................................................................29 2.3. Mở rộng tầm làm việc với nguồn ổn áp kiểu bù....................................................29 3. Thực hành................................................................................................................36 3.1. Lắp ráp và sửa chữa mạch ổn áp kiểu bù dùng transistor......................................36 3.2. Mạch ổn áp kiểu bù điện áp ra thay đổi được.......................................................37 3.3. Mạch ổn áp thay đổi được dùng IC LM 317........................................................38 BÀI 4: ỔN ÁP KIỂU XUNG.......................................................................................40 1. Sơ đồ khối nguyên lý mạch ổn áp kiểu xung...........................................................40 3
1.1. Khái niệm.............................................................................................................40 1.2. Nguyên lý hoạt động.............................................................................................40 1.3. Các nguyên lý ổn áp đối với nguồn xung..............................................................41 1.4. Các yêu cầu kỹ thuật đối với nguồn xung.............................................................41 2. Các kiểu ổn áp xung.................................................................................................44 2.1. Ổn áp xung dùng dao động đa hài.........................................................................44 2.2. Ổn áp xung dùng dao động nghẹt.........................................................................45 2.3. Thiết kế nguồn xung dao động nghẹt ( Flyback: Phản hồi)...................................49 2.4. Ổn áp xung dùng IC..............................................................................................58 3. Kiểm tra, sửa chữa nguồn xung...............................................................................64 3.1. Các hư hỏng thường gặp.......................................................................................64 3.2. Các phương pháp kiểm tra....................................................................................64 3.3. Cách khắc phục.....................................................................................................64 4. Thực hành................................................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................67 4
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: SỬA CHỮA NGUỒN TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ Mã mô đun: MĐ21 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun này có thể được bố trí dạy giữa khóa học, song song với các môn chuyên môn... - Tính chất: Là mô đun bắt buộc - Ý nghĩa và vai trò của mô đun Nguồn điện một chiều (DC) đóng vai trò là nguồn cung cấp điện để “nuôi” các thiết bị dùng điện DC (thông thường là các mạch điện tử, Rơle một chiều, động cơ điện một chiều v.v.). Để các thiết bị dùng điện DC làm việc tốt và tin cậy được thì nguồn cấp điện cho chúng phải ổn định. Như vậy một vấn đề đặt ra là các nguồn DC cần phải ổn áp khi cấp điện cho các thiết bị nói trên. Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức: + Trình bày được khái niệm về nguồn điện trong các thiết bị điện tử. + Trình bày được các dạng nguồn điện trong kỹ thuật điện, điện tử. - Kỹ năng: + Kiểm tra, sửa chữa được các loaị nguồn trong thực tế + Có khả năng thay thế, các mạch nguồn trong thực tế đạt yêu cầu kỹ thuật -Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Có khả năng tự định hướng, chọn lựa phương pháp tiếp cận thích nghi. + Có năng lực đánh giá kết quả học tập và nghiên cứu của mình. + Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chuyên môn Nội dung của mô đun: Thời gian (giờ) Thực Số hành, thí Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Kiểm TT nghiệm, số thuyết tra thảo luận, bài tập 1 Bài 1: Khái niệm chung 8 4 4 1. Khái niệm về nguồn cung cấp 1 1 trong thiết bị điện.điện tử 1.1. Định nghĩa về nguồn cung cấp trong thiết bị điện, điện tử 1.2 Phân loại nguồn cung cấp 2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 1 1 chung của nguồn cấp điện 3. Nhiệm vụ của từng khối và nguyên 2 2 lý hoạt động của hệ thống 3.1. Nhiểm vụ của từng khối 3.2. Dạng mạch chỉnh lưu và lọc điện thường gặp 4. Thực hành 4 4 4.1. Ráp mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 4 diode 4.2. Ráp mạch chỉnh lưu tạo nguồn 5
+,-VDC(nguồn đôi) 2 Bài 2: Ổn áp tham số 12 6 5 1 1. Ổ áp dùng diode zener 2 2 1.1. Đặt tính của diode zener và thô số kỹ thuật 1.2. Mạch ổn áp dùng diode zener 1.3. Thiết kế mạch ổn áp dùng diode zener 2. Ổn áp kết hợp dùng diode zener và 2 2 transistor 2.1. Nhược điểm của mạch ổn áp dùng diode zener 2.2. Phương pháp mở rộng dòng ổn áp dùng transistor 2.3. Cách thiết kế mạch ổn áp kết hợp diode zener và transistor 2.4. Mạch ổn áp tham số dùng IC họ 78XX. 3. Thiết kế, kiểm tra, sửa chữa nguồn 2 2 ổn áp tham số 3.1. Thiết kế 3.2. kiểm tra sửa chữa 4. Thực hành 5 5 4.1 Ráp mạch ồn áp sử dụng diode zener 4.2. Ráp mạch ồn áp sử dụng diode zener kết hợp với transistor Kiểm tra 1 1 3 Bài 3: Ổn áp kiểu bù 12 6 5 1 1. Sơ đồ khối và nguyê lý hoạt động 2 2 của nguồn ổn áp kiểu bù 1.1. Sơ đồ khối 1.2. Nguyên lý hoạt động 1.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với nguồn ổn áp kiểu bù 2. Các dạng mạchdùng ổn áp kiểu bù 4 4 2.1. Dạng mạch cơ bản 2.2. Dạng mạch đặc biệt 2.3. Mở rộng tầm làm việc với nguồn ổn áp kiểu bù 3. Thực hành 5 5 3.1. Ráp và sủa chữa mạch ổn áp kiểu bù dùng transistor 3.2. Ráp mạch ổn áp kiểu bù điện áp ra thay đổi được 3.3. Mạch ổn áp thay đổi được dùng IC LM 317 6
Kiểm tra 1 1 4 Bài 4: Ổn áp kiểu xung 28 14 13 1 1. Sơ đồ khối nguyên lý ổn áp kiểu 4 4 xung 1.1. Khái nệm 1.2. Nguyên lý hoạt động 1.3. Các nguyên lý ổn áp đối với nguồn xung 1.4. Các yêu cầu kỹ thuật đối với nguồn xung 2. Các kiểu ổn áp xung 6 6 2.1. Ổn áp xung dùng dao động đa hài 2.2. Ổn áp xung dùng dao động nghẹt 2.3. Thiết kế nguồng xung dùng dao động nghet ( Flyback ; phản hồi) 2.4. Ổn áp dùng IC 3. Kiểm tra sửa chữa nguồn xung 4 4 3.1. Các hư hỏng thường gặp 3.2. Các phương pháp kiểm tra 4. Thực hành 13 13 Kiểm tra 1 1 Cộng 60 30 27 3 7
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG Mã Bài: MĐ21-01 Giới thiệu: Nguồn điện DC có thể lấy từ bình Ắcquy, từ máy phát điện một chiều hoặc chỉnh lưu từ nguồn điện xoay chiều (AC). Phương pháp chỉnh lưu được dùng phổ biến nhất vì tiện dụng và kinh tế, tuy nhiên điện DC có được sau các mạch chỉnh lưu thường bị gợn sóng như chúng ta đã khảo sát trong các phần trước. Để giảm độ gợn sóng, người ta có thể dùng tụ lọc C gắn song song với tải. Tuy vậy độ gợn sóng vẫn lớn đến mức có thể gây nhiễu các mạch điện tử. Một vấn đề khác là điện áp DC sau mạch chỉnh lưu bị biến thiên theo sự biến thiên của điện áp lưới và sự thay đổi dòng tải. Vì vậy sau mạch chỉnh lưu nhưng trước tải, cần có một mạch ổn áp có nhiệm vụ giữ cho điện áp cung cấp cho tải luôn ổn định bất chấp sự biến thiên của điện áp lưới điện hoặc dòng tải. Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm chung về nguồn, áp trong thiết bị điện, điện tử. - Trình bày được các yêu cầu kỹ thuật cho một hệ thống nguồn trong thiết bị điện, điện tử. - Trình bày chính xác cấu tạo và nguyên lý chung của nguồn - Rèn luyện tính tư duy, cẩn thận và chính xác Nội dung chính: 1. Khái niệm về nguồn cung cấp trong thiết bị điện, điện tử 1.1. Định nghĩa về nguồn cung cấp trong thiết bị điện, điện tử Nguồn điện là nơi cung cấp điện: bao gồm dòng điện hay điện áp ổn định cho thiết bị điện, điện tử làm việc. Nguồn điện trong thiết bị điện, điện tử là nơi cung cấp điện một chiều cho các mạch điện trong thiết bị làm việc. Tùy vào mức độ tiêu thụ năng lượng điện mà có thể có các dạng mạch phân phối phù hợp với nhu cầu. 1.2. Phân loại nguồn cung cấp Trong kỹ thuật có nhiều cách phân loại khác nhau, tùy theo quan điểm, nhu cầu kỹ thuật của từng đối tượng sử dụng: Phân loại theo điện áp: -Nguồn xoay chiều AC. -Nguồn một chiều DC. Phân loại theo nguyên lý: -Nguồn ổn áp. -Nguồn ổn dòng. 2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của nguồn cấp điện Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thồng cung cấp điện DC lấy từ điện AC 8
3. Nhiệm vụ của từng khối và Nguyên lý hoạt động của hệ thống 3.1 Nhiệm vụ cùa từng khối -Khối 1: Biến áp, Biến điện áo AC từ mức cao xuống điện áp có múc thấp hơn. -Khối 2: Mạch chỉnh lưu, có nhiệm vụ chỉnh lưu ( nằn điện ) điện AC thành điện DC . -Khối 3:Mạch lọc, có nhiệm vụ lọc điện DC chưa bằng phẳng ở dầu vào thành điện DC bằng phẳng hơn ở đầu ra. -Khối 4: Mạch ổn áp, có nhiệm vụ giữ cho điện DC ra ổn định hơn khi điện DC đầu vào chưa ổn định (thay đổi). 3.2. Dạng mạch chỉnh lưu và lọc điện thường gặp Mạch chỉnh lưu một bán kỳ Mạch chỉnh lưu một bán kỳ Hình 1.2: mạch chỉnh lưu một bán kỳ Dạng mạch chỉnh lưu toán kỳ (hai nữa bán kỳ) dùng 4 diode và 2 diode 4 diode rời Diode cầu Chỉnh lưu dùng 4 diode( CL cầu ) Chỉnh lưu dùng 2 diode diode đôi Hình 1.3 mạch hỉnh lưu toàn kỳ 9
Dạng mạch chỉnh lưu tạo nguồn (+, - VDC) nguồn đôi Hình 1.4: Mạch chỉnh lưu tạo nguồn (+,-) nguồn đôi 4. Thực hành 4.1. Ráp mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 4 diode Mạch điện Trong đó: Dầu ra MBA 12VAC. D1 – D4 1N4007 C1 1000Mf/25 Các bước thực hiện Bước 1: chọn linh kiện theo sơ đồ. Bước 2: Đo kiểm linh kiện. Bước 3: Ráp mạch theo sơ đồ. Bước 4: Cấp nguồn và đo điện áp theo bảng dưới đây: Điện áp vào mạch Điện áp ra VDC Mạch chưa có tụ 12VAC lọc nguồn Mạch có gắn tụ loc nguồn Cho nhận xét về điện áp VDC khi mạch chưa có tụ lọc và có tụ lọc. Giải thích tại sau? Sinh viẻn thực hành Những chú ý khi thực hiện: - An toàn điện cho bản thân và thiết bị. - Linh kiện sau khi đo kiểm tốt mới ráp mạch. - Khi ráp mạch xong kiểm tra lại mạch ráp thật chính xác chưa sau đó mới cấp nguồn cho mạch. 4.2. Ráp mạch chỉnh lưu tạo nguồn +, - VDC ( nguồn đôi) Mạch điện 10
Trong đó: -Đầu ra MBA 1=25VAC; 2= 0VAC; 3 = 25 VAC -D1 – D4 1N4007 -C1=C2 2200Mf/50V Các bước thực hiện Bước 1: chọn linh kiện theo sơ đồ. Bước 2: Đo kiểm linh kiện. Bước 3: Ráp mạch theo sơ đồ. Bước 4: Cấp nguồn và đo điện áp theo bảng dưới đây: Điện áp vào mạch Điện áp ra +VDC Điện áp ra -VDC Mạch chưa có tụ 0v lọc nguồn 25VAC Mạch có gắn tụ 25VAC loc nguồn Sinh viên thực hành Những chú ý khi thực hiện: - An toàn điện cho bản thân và thiết bị. - Linh kiện sau khi đo kiểm tốt mới ráp mạch. - Khi ráp mạch xong kiểm tra lại mạch ráp thật chính xác chưa sau đó mới cấp nguồn cho mạch. - Thao tác đo điện phải chuẩn xác, khi đo hai tay không đặt tréo nhau... Những trọng tâm chú ý trong bài - Sơ đồ khối của hệ thồng cung cấp điện DC lấy từ điện AC - Nhiệm vụ từng khối. - Dạng mạch chỉnh lưu tường gặp. Bài tập mở rộng và nâng cao Bài 1: Ráp mạch chỉnh lưu nhân đôi điện áp dùng 4 diode Bài 2: Ráp mạch chỉnh lưu nhân đôi điện áp dùng 4 diode 11
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập bài 1 Nội dung: + Về kiến thức: Trình bài về sơ đồ khối và nhiệm vủ của từng khối trong khối nguồn cấp điện cấp điện DC từ điện AC + Về kỹ năng: Lắp ráp và sửa chữa được các dạng mạch chỉnh lưu từ điện AC ra DC thường gặp. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có khả năng xắp xếp công việc thực hành sao cho: An toàn cho nguời và thiết bị Phương pháp: + Về kiến thức: Vận dụng được những nội dung đã học trong bài vào trong việc thực hành. + Về kỹ năng: Vận dụng và thực hiện công việc làm vào trong thực hành có sáng tạo của riêng bản thân. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Bản thân tự tin khi thực hiện công việc. 12
BÀI 2: ỔN ÁP THAM SỐ Mã Bài: MĐ21- 02 Giới thiệu: Trong quá trình phát triển của kỹ thuật điện tử. Việc thiết kế bộ nguồn có khả năng cung cấp điện áp ổn định nhằm tăng tính ổn định làm việc cho các mạch điện là điều vô cùng quan trọng quyết định chất lượng và tuổi thọ của thiết bị. Trong quá trình đó. Sự ra đời của ổn áp tham số còn được giọi là ổn áp thụ động là bước khởi đầu của hệ thống ổn áp. Mặc dù còn có nhiều nhược điểm nhưng do tính chất nhỏ gọn có dòng cung cấp thấp nên đến ngày nay mạch ổn áp tham số vẫn được dùng ngay trong các mạch điện tử trong các thiết bị điện tử hiện đại... Mục tiêu: -Trình bày được khái niệm về ổn áp tham số, cấu tạo, nguyên lý hoạt động; - Phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp kiểu tham số; - Kiểm tra được các mạch ổn áp tham số theo yêu cầu thực tế. Nội dung chính: 1. Ổn áp dùng điốt zener 1.1. Đặc tính của điôt zener và thông số kỹ thuật Tính chất của Diode Zener ở chế độ phân cực nghịch Khi Diode Zener ở chế độ phân cực nghịch, điện trường do điện áp giữa 2 đầu Diode tạo ra cùng chiều với điện áp tiếp xúc làm nở rộng vùng nghèo và ngăn cản dòng điện qua Diode (Diode không dẫn điện). Tuy nhiên khi điện áp ngược đạt đến một giá trị tới hạn gọi là điện áp Zener thì một quá trình đặc biệt xảy ra tại vùng nghèo gọi là hiệu ứng Zener làm phá vỡ cấu trúc của vùng nghèo và dòng điện ngược qua Diode tăng đột ngột trong khi điện áp giữa hai đầu Diode gần như không đổi. Hiệu ứng Zener xảy ra như sau: khi điện áp ngược lớn, lực điện trường tăng mạnh làm tăng vận tốc của những electron tự do đến mức động năng của chúng đủ lớn để có thể làm bứt ra các electron đang ở trạng thái liên kết của các nguyên tử trung hoà tại vùng nghèo khi e va chạm với nguyên tử. Khi có 1 e bị bứt ra thì đồng thời một lỗ trống hình thành và như vậy xuất hiện thêm một cặp hạt dẫn tự do. Electron vừa mới giải phóng lại chuyển động theo phương điện trường và va đập với các nguyên tử khác làm giải phóng cặp e và lỗ trống mới. Trong một thời gian rất ngắn, số lượng hạt dẫn tự do tại vùng nghèo tăng lên rất nhanh và chúng chuyển động theo hướng điện trường tạo thành dòng điện ngược qua Diode. Hình 2.1: Đặc tuyến Von - Ampe của điốt zene 13
- Kí hiệu của điốt zener: § iè t Z e n e r - Thông số kỹ thuật của điot zener: Diode Zener có khả năng chịu được dòng điện ngược tối đa từ vài chục đến vài trăm mA tuỳ theo công suất danh định (là công suất max cho phép) của nó, thông số này do nhà sản xuất cung cấp. Giá trị dòng điện ngược tối đa được xác định từ giao điểm của đường đặc tuyến công suất P zm = Izm.Vz = Const (hằng số) với đường đặc tuyến Vôn-Ampe của Diode Zener. Pzm là công suất tiêu thụ tối đa cho phép của Diode Zener mang mã hiệu cụ thể nào đó do nhà sản xuất cung cấp. Vz là ngưỡng đánh thủng của Diode Zener khi phân cực ngược, đây cũng là giá trị điện áp giữa hai đầu Diode khi nó dẫn điện ngược (dòng điện từ K sang A). Dòng Izm là đòng tối đa cho phép qua Diode, xác định theo công thức: P zm I zm= Vz 1.2. Mạch ổn áp dùng điốt zener Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Trong đó: R: là điện trở hạn dòng cho mạch Vz: Zener ổn áp RL: Điện trở tải Với mạch ổn áp loại này, luôn cần có một điều kiện tiên quyết là điện áp U in phải lớn hơn Vz, nếu không thoả điều kiện này thì Diode Zener không dẫn và mạch không làm việc. Khi có Uin > Vz, Diode Zener dẫn điện ngược và có: Iin = Iz + Iout Điện áp giữa hai cực của Dz là Uout = Vz, do đó: U in −V z I in = R , R có nhiệm vụ hạn dòng và cũng là phần tử điều chỉnh áp. Nếu Uin không đổi thì Iin không đổi và như vậy theo quan hệ Iin = Iz + Iout ta nhận thấy nếu Iout giảm thì Iz tăng và ngược lại; đặc biệt là khi tải R t   (trường hợp không tải) thì Iout  0 dẫn đến Iz đạt cực đại, lúc này Diode Zener nóng nhất và nếu dòng cực đại > Izm thì Diode Zener bị hỏng. Thông thường trong các thiết kế người ta chọn R sao cho (dòng cực đại qua Dz) = x%Izm với x% tuỳ chọn theo quan điểm an toàn của người thiết kế mạch (x% < 100%). Bởi vì dòng qua Dz đạt cực đại khi không tải nên R được tính toán với điều kiện ngõ ra không tải. Giá trị R tính được theo điều kiện này là giá trị tối thiểu cho phép, thực tế ta có thể chọn theo tiêu chuẩn và cao hơn giá trị tính. Tính Rmin theo công thức: 14
U in −V z Rmin = x %I zm (x% được chọn theo quan điểm an toàn). 1.3. Thiết kế mạch ổn áp dùng điốt zener Dòng tải trong trường hợp này là dòng Iout, nó chỉ được phép lấy giá trị cực đại nhỏ hơn dòng Iin ít nhất từ 1 đến 2mA, phần dòng điện 1 đến 2mA này là dòng điện tối thiểu qua Dz theo chiều ngược để duy trì điện áp U out giữa hai cực của Diode không đổi. Như vậy ta có: U in−V z I out ( max) =I in−2 mA = −2mA R nếu ta chọn Izmin = 2mA. U out Vz Rt min= = Nếu xét đến tải thì Iout(max) ứng với I out ( max ) I out ( max ) Ví dụ: Hãy tính toán mạch ổn áp để cung cấp cho tải R t biết điện áp trên tải cần phải ổn định ở mức 6,8V; cho biết điện áp U in = 10V. Tính toán giá trị tối thiểu của tải R t. Giải: Trước nhất ta chọn Diode Zener loại có Vz = 6,8V. Diode loại này trên thị trường có nhiều cấp công suất khác nhau: 0,25W; 0,5W; 1W; 2W.. Giả sử ta chọn loại có công suất Pzm = 1W. Tính điện trở hạn dòng R theo điều kiện không tải, ta có: U in −V z Rmin = x %I zm , nếu chọn x% = 50% tức là dòng điện tối đa có thể có qua Diode Zener chỉ bằng 50% dòng cực đại cho phép thì: U in −V z U in−V z 10−6,8 Rmin = = = = 43 , 52Ω 50%I zm Pz 1 0,5. 0,5 . m 6,8 Vz Chọn R theo bảng giá trị chuẩn có sản xuất, ta chọn R = 47 > Rmin. Tính giá trị tối thiểu cho phép của tải Rt: Ta có dòng tải tối đa cho phép là: U in−V z 10−6,8 I out ( max)=I in−2 mA = −2mA = −0 ,002=0 , 066 A=66 mA R 47 Vz 6,8 ⇒ Rt min = = =103 Ω I out ( max ) 0 , 066 2. Ổn áp kết hợp dùng điôt zener và transsitor 2.1. Nhược điểm của mạch ổn áp dùng zener Mạch ổn áp dùng Diode Zener có hạn chế là khả năng cung cấp dòng tải nhỏ, nếu muốn cung cấp dòng tải lớn thì đòi hỏi Diode Zener cũng phải có công suất lớn, vấn đề này thường gặp khó khăn. Vì vậy mạch ổn áp dùng diode Zener chỉ được dùng trong một số trường hợp dòng tải nhỏ hoặc không cần dòng tải. 2.2. Phương pháp mở rộng dòng ổn áp dùng trassitor Mở rộng bằng mạch mắc nối tiếp với tải: Để có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn bằng cách mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ dưới đây. 15
Hình 2.3: Sơ đồ mạch ổn áp dùng diode zener+transistor Ở mạch trên điện áp trước transistor Q1 có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại sau transistor Q1 không thay đổi và tương đối phẳng. Nguyên lý: Thông qua điện trở R1 và điốt zener D1 cố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại … Trong thực tế để tăng dòng chịu tải cho mạch người ta có thể mắc thêm một điện trở công suất từ chân C qua Chân E của Q1 để rẽ bớt dòng qua mạch gọi là trở gánh dòng. Mở rộng bằng mạch mắc song song: - Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch: + R13: Giảm áp, hạn dòng cấp nguồn. + D5: Ghim áp 5.6v + Q5: Tăng dòng ghi áp Hình 2.4: Sơ đồ mạch ổn áp dùng diode zener+transistor ghép song song + R14: Phân cực cho Q5 và D5 + RTAI: Điện trở tải Nguyên lý hoạt động: Điện áp ngõ ra là 5,6v+0,6V=6,2v ( 0,6v là điện áp V BE của Transsitor Q5). Khi điện áp ngõ ra tăng: D5 thực hiện chức năng ghim áp bằng cách rẽ dòng qua diot D5. Khi dòng tiếp tục tăng dòng qua D5 tăng làm cho dòng phân cực I B tăng làm cho Q5 dẫn mạnh dòng qua Q5 giữ nghuên điện áp được ghim. 2.3. Cách thiết kế mạch ổn áp kết hợp điôt zener và trassitor 16
Hình 2.5: Sơ đồ mạch ổn áp dùng diode zener kết hợp transistor Nếu chỉ cần nguồn 1A thì làm như trên Cách tính:Vz=0.7+Vcc IR = (1A / hfe) + Izmin (Izmin, hfe tra dataset của Zenner) R= (Vi-Vz)/IR Imin= (IR-Izmax) x hfe ( Izmax , hfe tra datashet Zenner)nguồn của bạn có điện áp là Vcc dòng cung cấp là Imin đến 1A PR= IR bình phương nhân R Pz= Vz nhân Izmax Từ những chỉ số tính ra bạn chọn loại zenner cho phù hợp chọn điện trở thường hay điện trở công suất thường chọn công suất điện trở gấp đôi PR mà bạn tính ra 2.4. Mạch ổn áp tham số dùng IC họ 78XX IC ổn áp họ 78XX do nhiều hãng chế tạo cung cấp là họ IC ổn áp (+) có điện áp ngõ ra đúng bằng chỉ số XX sau số 78 ghi trên vỏ IC khi thoả mãn các điều kiện giới hạn của điện áp vào và dòng tải do nhà sản xuất quy định. Kiểu vỏ và ý nghĩa của các tiền tố, hậu tố trong ký hiệu của IC. Kiểu vỏ: thường gặp là kiểu TO-220 và D-PAK Kiểu vỏ TO-220 17
Kiểu vỏ D-PAK Hình 2.6: Hình dạng kiểu vỏ IC ổn áp họ 78 Phổ biến trên thị trường hiện nay ta có các IC ổn áp mang chỉ số: 7805; 7806; 7808; 7809; 7812; 7815; 7824. Dòng điện ngõ ra max của các IC này thường có các cấp: 0,5A; 1A và 1,5A. 3. Thiết kế, kiểm tra, sửa chữa nguồn ổn áp tham số 3.1. Thiết kế Khi thiết kế mạch ổn áp (+) dùng IC họ 78xx, cần quan tâm các thông số sau: Hinh 2.7: Sơ đồ IC ổn áp họ 78  Điện áp ổn áp ở ngõ ra: Uout hoặc Uo Uout bằng chỉ số XX sau số 78.  Dòng điện ngõ ra tối đa cho phép: Iout(max) hoặc Io(max) Xem ký tự cuối trong ký hiệu IC và tra sổ tay để xác định. U out I out= Khi mạch vận hành đúng ta có: RL Phải giới hạn tải RL sao cho: Iout < Iout(max)  Dòng điện tối thiểu ở ngõ ra để điện áp ra ổn áp: Iout(min) hoặc Io(min) Tra sổ tay để xác định. Khi không mắc tải ở ngõ ra (không dùng tải), dòng I out = 0 và điện áp ngõ ra của IC có thể không bằng chỉ số XX, muốn điện áp ngõ ra ổn định bằng chỉ số XX thì phải duy trì dòng Iout > Iout(min). Điều này thực hiện bằng cách gắn thêm một tải phụ gồm điện 18
trở R nối tiếp với LED và tính toán R sao cho dòng điện qua LED khoảng 10mA. Lúc đó nếu ngõ ra có điện thì LED sáng báo hiệu, đồng thời dòng Iout luôn luôn có giá trị lớn hơn Iout(min) (khoảng 5mA đối với họ IC 78xx), đảm bảo ngõ ra luôn ổn áp.  Điện áp ngõ vào tối đa cho phép Uin(max) Tra sổ tay để xác định.  Điện áp ngõ vào tối thiểu để điện áp ra ổn định: Uin(min) Tra sổ tay để xác định. Điều kiện để mạch vận hành đúng là: Uin(min) < Uin < Uin(max)  Công suất tiêu thụ tối đa cho phép (trên IC): Pmax Tra sổ tay để xác định. Công suất tiêu thụ trên IC khi vận hành là: PIC = U.Iin Để IC vận hành an toàn thì: PIC phải < Pmax  Dòng điện IQ ở chân nối đất của IC. Tra sổ tay để xác định. Biết IQ để tính Iin Iin = Iout + IQ Thứ tự chân và các ngõ vào/ra Hình 2.8 sơ đồ chân của IC ổn áp họ 78 Nhôm tản nhiệt dùng kèm với IC IC họ 78xx và nhôm tản nhiệt dùng kèm. Ví dụ về thiết kế mạch ổn áp (+) với IC ổn áp họ 78XX. Giả sử ta cần thiết kế một nguồn ổn áp DC 5V có khả năng cung cấp dòng điện đến 1A để cung cấp cho một thiết bị điện tử. Trước nhất ta nghĩ ngay đến việc dùng IC 7805 để có điện áp ra ổn áp là 5V. Tham khảo tài liệu kỹ thuật của nhóm IC 7805 ta thấy có thể chọn IC KA7805A của hãng FAIRCHILD Semiconductor có các thông số kỹ thuật cơ bản như sau:  Điện áp ổn áp ở ngõ ra: Uout = 5  0,1V  Dòng điện ngõ ra tối đa cho phép: Iout(max) = 1A  Dòng điện tối thiểu ở ngõ ra để điện áp ra ổn áp: Iout(min) = 5mA  Điện áp ngõ vào tối đa cho phép Uin(max) = 20V  Điện áp ngõ vào tối thiểu để điện áp ra ổn định: Uin(min) = 7,5V  Công suất tiêu thụ tối đa cho phép (trên IC): Pmax = 15W  Dòng điện IQ ở chân nối đất của IC: IQ = 5mA 19
Như vậy IC có khả năng cung cấp dòng điện đến 1A với điện áp ra ổn áp bằng 5V (thoả mãn yêu cầu bài toán). Điện áp ngõ vào của IC cho phép dao động trong khoảng từ 7,5V đến 20V. Để có điện áp này, một phương pháp phổ biến là dùng mạch chỉnh lưu và lọc, phải tính toán điện áp thứ cấp biến áp và chọn tụ lọc sao cho điện áp sau mạch chỉnh lưu và lọc nằm trong khoảng cho phép. Ta có sơ đồ nguyên lý toàn mạch như hình Hình 2.9:Sơ đồ mach ổn áp dùng IC 78 Các tụ Cin và Cout có tác dụng chống nhiễu ngõ vào và ngõ ra của IC, cải thiện đáp ứng trong giai đoạn quá độ, giá trị điện dung lấy theo nhà sản xuất. Diode D1 có tác dụng bảo vệ IC khỏi bị hỏng do điện áp ngược. Nếu vì lý do nào đó mà điện áp ngõ ra lớn hơn điện áp ngõ vào thì IC có thể bị hỏng do điện áp ngược. Khi có Diode D1 thì lúc đó D1 dẫn điện và điện áp ngược trên IC khoảng 0,7V. Với điện áp ngược này, IC không bị hỏng. Điện áo sau tụ lọc được cấp thẳng đến ngõ vào của IC ổn áp. Điện áp này có dạng nhấp nhô và trị trung bình tăng giảm theo lưới điện, ta phải tính điện áp này trong trường hợp lưới điện tại khu vực mạch làm việc có giá trị thấp nhất. Điện áp chỉnh lưu sau lọc cũng không được nhấp nhô nhiều, tốt nhất nên chọn tụ lọc C sao cho hệ số gợn sóng kr < 5%. Muốn tính toán và chọn được tụ lọc, phải tính giá trị tải tương đương của phần mạch sau tụ lọc. Ta gọi tải tương đương này là Rt và xác định theo công thức: U in( min ) Rt = I in( max ) , đây là giá trị R nhỏ nhất tương ứng với các điều kiện sụt áp ở t thứ cấp máy biến áp và trên Diode cũng như độ gợn sóng là lớn nhất. Nếu tính tụ lọc với tải Rt này thì khi khi dùng dòng tải ít hơn, điện áp ở ngõ vào của IC ổn áp sẽ tăng lên lớn hơn giới hạn tối thiểu đảm bảo mạch vẫn làm việc tốt, đồng thời độ gợn sóng cũng giảm. Các bước tính toán cơ bản:  Xác định Iin(max): I in( max )=I out ( max)+I Q =1 A+5 mA=1 , 005 A  Xác định điện áp Uin(min): Uin(min) = 7,5V (theo tài liệu của nhà sản xuất)  Xác định điện trở tương đương nhỏ nhất của mạch ổn áp (phần mạch trong đường bao nét rời trên hình 2.9) U in( min ) 7,5 Rt = = ≈7 , 46 Ω I in( max ) 1 ,005 20