Kỹ thuật mạch tương tự - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

96
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mạch nguồn 4.1 Nguồn chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu là mạch biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. 4.1.1 Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ: Hình 4.1.1.1. Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ. Các linh kiện trong mạch: • V1 là điện áp lưới 220V, 50Hz. • T1 là biến áp, thực hiện biến đổi dòng xoay chiều thành dòng xoay chiều có biên độ thay đổi. • D1 là diode bán dẫn, nhờ tính chất van dòng điện sẽ chỉnh lưu dòng xoay chiều phía thứ cấp của biến áp thành dòng 1 chiều. Mạch điện thực...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật mạch tương tự - Chương 4

Chương 4. Mạch nguồn Bài giảng số 1 Thời lượng: 5 tiết. Tóm tắt nội dung : Nguồn chỉnh lưu Nguồn ổn áp 1 chiều tuyến tính o Ổn áp tham số o Ổn áp một chiều kiểu bù o Ổn áp xung 4.1 Nguồn chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu là mạch biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. 4.1.1 Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ: Hình 4.1.1.1. Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ. Các linh kiện trong mạch: • V1 là điện áp lưới 220V, 50Hz. • T1 là biến áp, thực hiện biến đổi dòng xoay chiều thành dòng xoay chiều có biên độ thay đổi. • D1 là diode bán dẫn, nhờ tính chất van dòng điện sẽ chỉnh lưu dòng xoay chiều phía thứ cấp của biến áp thành dòng 1 chiều. Mạch điện thực hiện biến đổi điện áp lưới thành điện áp một chiều. Dạng sóng tín hiệu vào-ra của mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ được trình bày như trong hình vẽ: http://www.ebook.edu.vn 70
Hình 4.1.1.2. Dạng sóng tín hiệu vào-ra của mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ. Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ T, do đó ta chỉ cần tính toán trên 1 chu kỳ từ 0 đến T. Các chu kỳ còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn. 0 < t < T/2: U2>0 => diode phân cực thuận => U0=U2. T/2 < t < T: U2 diode phân cực ngược => U0=0. Nhận xét: • Tại đầu ra, điện áp luôn ≥0 nên mạch đã thực hiện việc chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều. Tuy nhiên, điện áp ra chỉ tồn tại trong nửa chu kỳ dương của điện áp vào. Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ. • Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U2 là điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U2) 2 .U 2 − cos( 2πft ) T 2 .U 2 1 ___ T U 0 = ∫ 2 .U 2 . sin(ωt )dt = = = 0.45U 2 2 . 2πf π T0 T 0 • Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổn định. Tín hiệu 1 chiều mong muốn là tín hiệu bằng phẳng và ổn định. Để làm cho tín hiệu ra bằng phẳng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch như sau: D1 V1 T1 220 V R1 U2 50 Hz C1 0Deg Hình 4.1.1.3. Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ có tụ điện. http://www.ebook.edu.vn 71
Do quá trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra bằng phẳng hơn. Hình 4.1.1.4. Dạng sóng tín hiệu của mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ có tụ điện. 4.1.2 Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ: D1 V1 T1 U 21 R1 10kΩ 220 V 50 Hz 0Deg U 22 D2 Hình 4.1.2.1. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ. Các linh kiện trong mạch: • V1 là điện áp lưới, 220V, 50Hz. • T1 là biến áp có điểm đất chung ở giữa. Hai điện áp ra U21 và U22 sẽ ngược pha nhau. • Hai diode D1 và D2 phối hợp với nhau đảm bảo điện áp ra tồn tại trong cả hai chu kỳ. Mạch điện thực hiện biến đổi điện áp lưới thành điện áp một chiều. http://www.ebook.edu.vn 72
Hình 4.1.2.2. Dạng sóng tín hiệu vào-ra của mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ. Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ T, do đó ta chỉ cần tính toán trên 1 chu kỳ từ 0 đến T. Các chu kỳ còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn. 0 < t < T/2: U21>0 => Diode 1 phân cực thuận => U0=U21 U22 Diode 2 phân cực ngược T/2 < t < T: U21 Diode 1 phân cực ngược => U0=U22 U22>0 => Diode 2 phân cực thuận Nhận xét: • Tại đầu ra, điện áp ra luôn ≥0 nên mạch đã thực hiện việc chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều. Điện áp ra tồn tại trong cả hai nửa chu kỳ. Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ. • Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U21 và U22 là điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U2). Dễ thấy giá trị trung bình của điện áp ra trong mạch chỉnh ___ lưu 2 nửa chu kỳ gấp đôi trường hợp chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ, vậy U 0 = 0.9U 2 • Để đánh giá độ bằng phẳng của điện áp ra, thường sử dụng hệ số gợn sóng được định nghĩa đối với thành phần sóng bậc n: U nm • qn = với Unm là biên độ sóng có tần số n.ω, U0 là thành phần điện áp 1 chiều U0 trên tải. Đối với mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ ta có: q1 = 0.67 Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổn định. Tín hiệu 1 chiều mong muốn là tín hiệu bằng phẳng và ổn định. Để làm cho tín hiệu ra bằng phẳng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch như sau: http://www.ebook.edu.vn 73
D1 V1 U T1 21 C1 220 V R1 50 Hz 0Deg U D2 22 Hình 4.1.2.3. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ có tụ điện. Do quá trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra bằng phẳng hơn. Hình 4.1.2.4. Dạng sóng tín hiệu của mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ có tụ điện. ___ Khi có thêm tụ điện, giá trị trung bình của điện áp ra sẽ tăng U 0 = 2 .U 2 và hệ số gợn sóng giảm q1 ≤ 0.02. 4.1.3 Mạch chỉnh lưu cầu: V1 T1 D1 D2 220 V U0 U2 50 Hz 0Deg D4 D3 R1 Hình 4.1.3.1. Mạch chỉnh lưu cầu. Các linh kiện trong mạch: • 4 diode D1, D2, D3, D4 mắc như trên gọi là mắc theo hình cầu. • V1 là nguồn điện áp lưới. • T1 là biến áp. http://www.ebook.edu.vn 74
Mạch thực hiện biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp lưới thành dòng điện một chiều như hình vẽ sau: Hình 4.1.3.2. Dạng sóng tín hiệu vào-ra của mạch chỉnh lưu cầu. 0 < t < T/2: U2 > 0 => D1, D3 phân cực ngược; D2, D4 phân cực thuận => U0 = U2 T/2 < t < T: U2 < 0 => D1, D3 phân cực thuận; D2, D4 phân cực ngược => U0 = -U2 Nhận xét: Điện áp tại đầu ra của mạch chỉnh lưu cầu giống như mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Tuy nhiên, do luôn có hai diode phân cực ngược nên điện áp ngược đặt lên mỗi diode khi phân cực ngược chỉ bằng một nửa so với trường hợp mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Điều này rất có ý nghĩa khi chọn linh kiện cho mạch. 4.1.4 Chỉnh lưu bội áp. Trong tất cả các sơ đồ đã xét trên điện áp ra trong mọi trường hợp không thể vượt quá mức biên độ của điện áp vào U2m. Trong thực tế nhiều lúc đòi hỏi điện áp ra lớn gấp q lần điện áp của sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ. Lúc đó sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu bội (nhân) áp. Xét sơ đồ nhân đôi hình 4.1.4.1. Thực chất sơ đồ này là hai sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ mắc nối tiếp, điện áp ra của chúng được cộng lại trên tải. Ở bán chu kỳ dương diot D1 thông, tụ C1 nạp điện. Nửa chu kỳ tiếp theo tụ C2 nạp qua diot D2 thông. Chiều của các điện áp nạp có dạng như trên hình vẽ. Từ trên hình này ta thấy điện áp trên tải bằng tổng điện áp trên hai tụ điện(2E0). Tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp nguồn. http://www.ebook.edu.vn 75
Hình 4.1.4.2a lại có cách mắc nhân đôi điện áp, không phải bằng hai tụ mắc nối tiếp như đã xét, mà thực hiện như sau. Giả sử trong thời gian nửa chu kỳ thứ nhất điện áp trên cuộn thứ cấp của biến áp có cực tính sao cho diot D1 thông, tụ C1 nạp điện đến giá trị E0 với cực tính như trên hình vẽ; ở nửa chu kỳ tiếp theo diot D2 thông, điện áp trên tụ C2 bằng điện áp cuộn thứ cấp cộng với điện áp đã được nạp trên tụ C1 nên có trị số xấp xỉ 2E0. Tấn số đập mạch bằng tần số nguồn xoay chiều. Tương tự như vậy có thể xây dựng sơ đồ nhân ba (hình 4.1.4.2b), nhân bốn, nhân năm. 4.1.5 Lọc san bằng. Trường hợp đơn giản nhất lọc san bằng là dùng chính tụ Ct thoả mãn hệ số đập mạch Kđ.Lúc đó cần chọn tụ để thoả mãn: Kđ=2/(2πfđmCt) fđm : tần số đập mạch Trị số tụ Ct thường là tụ hoá từ vài chục μF đến vài ngàn μF. . Trong trường hợp mắc tụ lọc có trị số khá lớn (tụ càng lớn thì kích thước và giá thành càng tăng) mà hệ số đập mạch vẫn chưa đạt yêu cầu thì phải mắc bộ lọc san bằng giữa tải và mạch chỉnh lưu. Mạch lọc san bằng đơn giản nhất là mạch lọc RC như hình 4.1.5.1a. Cần chọn hằng số thời gian τ=RC thoả mãn yêu cầu hệ số đập mạch đối với tần số đập mạch cơ bản. Hiệu quả san bằng càng lớn nếu như ta chọn mức thoả mãn của bất đẳng thức sau càng cao. R>>1/(2πfđmC) R fđm : tần số đập mạchcủa điện áp ra . Vì vậy thường ở đây người ta tăng giá trị của tụ C. Nếu a) tăng giá trị của C đến mức khá lớn mà chưa đủ độ san C C Rt bằng thì cần thay điện trở R bằng cuộn cảm L như ở hình 4.1.5.1.b. Mạch này lọc san bằng tốt nhưng cuộn cảm có trọng lượng, kích thước đáng kể, giá thành cao R nên ít được sử dụng trong thực tế. C C Rt b) Hình 4.1.5.1. Mạch lọc a)lọc RC b)lọc LC 4.2 Nguồn ổn áp 1 chiều tuyến tính Một mạch điện tử bất kỳ sẽ làm việc không tốt khi nguồn một chiều cung cấp cho nó không giữ đúng giá trị danh định. Nguyên nhân của sự thay đổi đó có khá nhiều, nhưng đáng quan tâm nhất là sự thay đổi của điện lưới xoay chiều và sự thay đổi của tải. Một trong những cách để khắc phục sự thay đổi điện áp nguồn điện lưới là sử dụng các máy ổn áp xoay chiều được sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên như vậy chưa đủ để máy điện tử làm việc bình thường. Vì vậy cần tạo ra các mạch điện giữ cho điện áp một chiều sau khi chỉnh lưu có giá trị ổn định trong một phạm vi nào đó.Ta gọi các mạch đó là các mạch ổn áp một chiều hay thường gọi tắt là ổn áp http://www.ebook.edu.vn 76
4.2.1 Các tham số ổn áp một chiều Một mạch ổn áp mô hình như một mạng bốn cực hình 4.2.1.1 được đặc trưng bởi các tham + + số sau đây: UV URA Hệ số ổn áp, đó là tỷ số giữa lượng biến thiên Rt điện áp tương đối ở đầu vào và đầu ra : _ _ ΔU v Uv = K «d ΔU r R t = const Hình 4.2.1.1 Mạch ổn áp Ur Hệ số ổn áp đường dây: ΔU r Kô.dây= 100% (khi UV biến thiên 10%) Ur Hệ số ổn áp tải: ΔU r 100% (khi ΔIt=It max) Kô.dây= Ur Điện trở động đầu ra đặc trưng cho sự biến thiên của điện áp ra khi dòng ra (dòng tải) thay đổi (lấy theo trị tuyệt đối): RRA=ΔURA/ΔIt (khiUV=const.) Hiệu suất η, là tỷ số giữa công suất ra tải và công suất danh định ở đầu vào: URA . It η= UV . IV 4.2.2 Ổn áp một chiều bù tuyến tính. Mạch ổn áp tham số tuy đơn giản tiết kiệm nhưng có nhược điểm là có độ ổn định không cao, trị số của điện áp ra không thay đổi được tuy ý, đặc biệt khi dòng ra tải lớn. Để khắc phục các nhược điểm trên người ta xây dựng các mạch ổn áp bù tuyến tính. Ở đó Tranzisto công suất sẽ hiệu chỉnh điện áp trên nó để bù lượng thay đổi điện áp cần ổn định. Ổn áp bù tuyến tính có thể xây dựng theo sơ đồ song song hoặc nối tiếp như ở sơ đồ khối hình 4.2.3.1.Đó là một mạch tự hiệu chỉnh có hồi tiếp. Có hai cách xây dựng sơ đồ khối: hình4.2.3.1a-sơ đồ song song, hình 4.2.3.1b- sơ đồ nối tiếp. Trong các sơ đồ trên thì 1-phần tử hiệu chỉnh, 2-phần tử so sánh và khuếch đại, 3- phần tử lấy mẫu, 4-nguồn chuẩn . Trong sơ đồ song song phần tử hiệu chỉnh mắc song song với tải. Sơ đồ này hoạt http://www.ebook.edu.vn 77
động như sau: Phần tử lấy mẫu 3 đem so sánh điện áp đầu ra với nguồn chuẩn 4 ở phần tử so sánh-khuếch đại 2, sai lệch về điện áp sẽ được khuếch đại rồi đưa đến phần tử hiệu chỉnh 1. Phần tử này tự hiệu chỉnh dòng của nó tương tự như diot tham số để điều chỉnh sụt áp trên điện trở R1, giữ cho điện áp ra không đổi. Trong sơ đồ nối tiếp hình 4.2.3.1b thì phần tử hiệu chỉnh 1 mắc nối tiếp với tải. Phần tử này tự điều chỉnh sụt áp trên nó theo tín hiệu từ đầu ra của phần tử so sánh-khuếch đại 2 để giữ cho điện áp ra ổn định. Trong hai cách xây dựng ổn áp trên thì sơ đồ ổn áp song song có dòng tải đi qua điện trở R1, dẫn đến tổn hao nhiệt lớn, vì vậy sơ đồ này có hiệu suất thấp hơn. Tuy nhiên sơ đồ này lại có ưu điểm là không gặp nguy hiểm khi quá tải. Sơ đồ nối tiếp cho hiệu suất cao hơn nhưng khi dòng tải tăng quá mức (ví dụ như chập tải) thì phần tử hiệu chỉnh dễ bị đánh thủng. Trong thực tế thường dùng sơ đồ nối tiếp có mạch bảo vệ quá tải. Các mạch ổn áp bù có hiệu suất không vượt quá 60%. Hình 2.4.3.2 là một mạch ổn áp bù mắc nối tiếp có cực tính âm. Khi điện áp ra thay đổi, các điện trở R1, R2 và triết áp P lập thành bộ phân áp, lấy mẫu điện áp ra. Điện áp này(UB2) đem so sánh với điện áp chuẩn UZ tạo bởi diot ổn áp DZ và điện trở R3. Hiệu số của chúng chính là điện áp bazơ-emitơ của Q2 ( phần tử so sánh-khuếch đại): UBE2=UB2-UZ. Điện áp này điều khiển mạch khuếch đại so sánh Q2 để lấy ra điện áp ở colectơ điều khiển Q1. Tranzistor Q1 điều chỉnh mức mở để thay đổi điện áp điều chỉnh UĐC để bù lượng biến thiên của điện áp ra là U2=U1-UĐC. Cụ thể sơ đồ ổn áp này làm việc như sau.Giả sử điện áp vào tăng, làm điện áp ra tăng tức thời nên điện áp UBE2 tăng ( trị tuyệt đối), tức là điện thế bazơ của Q2 âm hơn. Điện áp điều khiển bazơ của Q2 là UBE2 cũng âm hơn nên Q2 thông nhiều hơn, dòng colectơ của Q2 tăng, điện áp UCE2 giảm. Vì vậy sụt áp trên R4 tăng lên, làm cho điện thế bazơ của Q1 dương lên, Q1 đóng bớt lại; tức là điện áp UĐC=UCE1 tăng lên, điện áp đầu ra U2 giảm về giá trị ban đầu. Tương tự như vậy, nếu dòng tải tăng làm cho điện áp ra giảm thì quá trình cũng diễn ra như trên. Trường hợp điện áp vào giảm thì quá trình diễn ra hoàn toàn ngược lại. Có thể xác định được hệ số ổn định của mạch hình 9.16 theo công thức sau: R4 KÔđ= [R 1 + (1 − α) P](R 2 + αP) Rv .α + R 4 rb [1 + ] re rb .(R 1 + P + R 2) rd [r 1 + (1 − α) P](r 2 + αp) α= 1 + + ] : là hệ số điều chỉnh, thường α=1,5÷2;RV,rb,re ,rd- tương ứng rb .β 1(R 1 + p+ r 2) rv là các điện trở đầu vào, điện trở khối bazơ, điện trở emitơ của Q1, rd điện trở động của DZ; còn β1 là hệ số khuếch đại dòng điện của Q1.Hệ số ổn định có thể đạt tới vài trăm. Trong mạch vừa xét tụ điện C1,C2 tăng độ lọc san bằng và khử các dao động ký sinh, C3 tăng độ ổn định cho các đại lượng biến đổi chậm theo thời gian. http://www.ebook.edu.vn 78
Trên cơ sở mạch ổn áp hình 4.2.3.2 có thể xây dựng các mạch phức tạp hơn để tăng độ của mạch bằng các biện pháp sau đây : - - + Up - Rc R1 T1 C R3 T1 T2 P Dz R2 + + a) b) Hình 4.2.3.2 a) ổn áp dùng khuếch đại thuật toán b) ổn áp có nguồn phụ ổn định • Tăng độ nhạy của mạch hồi tiếp bằng cách dùng hai hay ba tầng khuếch đại thay cho một tranzisto T2, hoặc thay nó bằng các tranzisto mắc Darlington để tăng hệ số β tới 103÷104. • Thay cho T2 khuếch đại bình thường có thể dùng khuếch đại vi sai như ở hình 4.2.3.2 a. Tầng khuếch đại vi sai T1 - T2 có độ trôi nhỏ nên độ ổn định của mạch tăng. • Điện áp ở đầu ra của mạch khuếch đại vi sai lấy không đối xứng đưa tới phần tử hiệu chỉnh. • Có thể tăng độ ổn định bằng cách dùng nguồn phụ ổn định để cấp cho mạch khuếch đại - so sánh như ở hình 4.2.3.2.b • Dùng khuếch đại thuật toán trong khâu khuếch đại. Vì khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại lớn và độ ổn định cao nên chất lượng của ổn áp tăng. Mạch điện hình 4.2.3.3.a sử dụng khuếch đại thuật toán μA741 trong khâu khuếch đại. • Trường hợp cần nguồn đối xứng thì xây dựng mạch như hình 4.2.3.3.b R1 R3 R3' T1 - +U +UV -Ur UV r A1 C2 R1 R4 T2 - _ R1 C2 C3 + + C1 DZ R5 R2 C5 R7 1 D2 A2 C1' R2 R6 C2' R2' 67 +3 D1 + + _ R8 _2 5 R3 - C4 R1' + + T2' -Ur 4 C1 -UV T1' a b Hình 4.2.3.3 a)ổn áp dùng IC tuyến tính b)ổn áp tạo nguồn đối xứng http://www.ebook.edu.vn 79
4.2.3 Các IC ổn áp tuyến tính. Người ta chế tạo ra các vi mạch ổn áp tuyến tính với giá thành hạ và sử dụng rất tiện lợi. Xét một số vi mạch thông dụng. a. Vi mạch MAA723(μA723) cho công suất ra tải 400mW với dòng tải 150 mA. Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 4.2.3.1. Vi mạch này có các cách mắc trình bày trên hình 4.2.3.2. Với một số linh kiện mắc ngoài sẽ tạo các mức điện áp khác nhau như ỏ các hình a,b,c,d,e,f,h,g : a) cho Ur’=2÷7V b) Ur’=7÷37V c) Ur’=-(6÷15)V d) Ur’=-(9,5÷37)V e) Ur’
Các điện trở R1, R2, R3 chọn theo chỉ dẫn của hãng sản xuất, Rs là điện trở hạn dòng. Dạng vỏ IC trình μF μF bày trên hình 4.2.3.2.k. b. Vi mạch ba chân 78XX và 79XX. Đây là loại vi mạch rất thông dụng trên thị trừơng với giá thành rất thấp, sử dụng rất tiện lợi. Họ 78XX cho điện áp ra cực tính dương, Ω 79XX cực tính âm Hai số cuối chỉ trị số của điện áp ổn định đầu ra: 7805,7806,7808,7812,7815,7818,7824 có điện áp ra tương ứng là 5v ,6v ,8v , 12v , 15v , 18v và 24v 7905,7906,7908,7912,7915,7918,7924 có điện áp ra tương ứng là -5v, -6v, -8v , -12v , -15v , -18v và - 24v. Dạng và cách mắc mạch trình bày trên hình 4.2.3.3b. Các IC này cho dòng tải cực đại khoảng 1 A. Muốn tăng dòng ta mắc thêm một tranzisto công suất như ở hình 4.2.3.4.a, lúc này có thể cho dòng tới 5A. Muốn thay đổi điện áp ra ta mắc thêm diot zener như ở hình 4.2.3.4.b, lúc này Ur=xx+UDZ. Trong thực tế cần tạo ra nguồn đối xứng (2 cực tính) để cấp cho các khuếch đại thuật toán. Sơ đồ bộ nguồn như vậy trình bày trên hình 4.2.3.5 bao gồm cả mạch chỉnh lưu và ổn áp. c. Vi mạch LM317. LM317 In Out Đây cũng là một loại vi mạch thông dụng ba chân với điện áp ra có thể điều chỉnh được trong khoảng 1,25 H×nh 240 v÷25v. Sơ đồ mắc mạch có dạng hình 4.2.3.6. Điện áp 4.2.3.6 1μF chuẩn là 1,25 v. Điện áp ra tính theo công thức. M¹ch 5K R IC 2 U = 1,25(1 + ) V LM317 R 1 http://www.ebook.edu.vn 81
4.2.4 Nguyên lý ổn áp xung. Trong các thiết bị điện tử chất lượng cao người ta sử dụng ổn áp xung. Ví dụ các máy thu hình màu hay các máy tính cá nhân ta sử dụng ngày nay làm việc rất ổn định, ta không cảm thấy có sợ bất ổn của nguồn khi vận hành chúng. Sở dĩ như vậy vì ổn áp xung có những ưu điểm nổi bật so với ổn áp bù tuyến tính . Đó là : • Trong ổn áp xung phần tử hiệu chỉnh không phải làm việc liên tục mà chỉ thông trong khoảng thời gian tồn tại của xung nên tổn hao nhiệt trên nó giảm, hiệu suất cũng như độ bền của mạch tăng. • Phạm vi hiệu chỉnh rộng. • Mạch nguồn gọn nhẹ vì làm việc ở tần số khá cao. Xét nguyên lý ổn định khi một khoá cơ điều khiển đóng ngắt nguồn liên tục như ở hình 4.2.4.1a để tạo nên điện áp xung hình 4.2.4.1b Giá trị trung bình của xung được xác định bằng diện tích xung h.tx trên độ dài một chu kỳ xung: h.t x U.t x = Utb= T T Trong ổn áp xung người ta giữ cho giá trị trung bình Utb của xung không đổi. Từ biểu thức trên ta thấy muốn giữ cho giá trị trung bình tx của xung không đổi cần cho tỷ số T biến thiên theo chiều ngược lại với chiều biến thiên của U. Như vậy có thể thay đổi chu kỳ hoặc độ rộng hay độ rỗng (khoảng cách giữa các xung) của xung để đạt mục đích trên. Trong thực tế người ta sử dụng khoá điện tử trên tranzisto công suất thay cho khoá cơ khí K. Ta xét nguyên lý xây dựng một mạch ổn áp xung theo sơ đồ khối hình 4.2.4.2.a. Khi thông, khoá K dẫn năng lượng từ nguồn một chiều đến phần tử tích luỹ năng lượng (là cuộn cảm và tụ điện ). Khi khoá tranzisto ngắt thì phần tử tích luỹ cung cấp năng lượng cho mạch tải. Tần số đóng mở của khoá thường chọn trong khoảng 16÷50 Khz để chánh nhiễu âm thanh. Trong dải tần số này tải là cuộn cảm có lõi là pherit là thích hợp nhất. Trong hình 4.2.4.2a khoá K mắc nối tiếp với tải. Mạch so sánh thực hiện trên khuếch đại thuật toán là mạch so sánh có trễ. Khi điện áp ra giảm đến mức U2 ( đồ thị hình 4.2.4.2b) thì khoá K thông, nguồn một chiều cấp năng lượng cho mạch, cuộn cảm nạp điện, điện áp trên cuộn cảm tăng, điện áp ra tăng theo. Khi điện áp ra đạt giá trị Ur’=U1 thì khoá http://www.ebook.edu.vn 82
Ur’ Đặc tính thực U1 U2 L C K R2 R1 t Y Ur' Ur t Rt R3 Uch a) b) Hình 4.2.4.2 a)Một phương án xây dựng ổn áp xung b)Đồ thị thời gian điện áp ra Ur’và điện áp ở bộ so sánh ngắt, cuộn cảm phóng điện cùng chiều với tải. Quá trình lặp lại có chu kỳ. Độ gợn sóng bằng hiệu hai điện áp ΔU=U1-U2 ( khoảng vài chục mV). Các mạch ổn áp xung trong thực tế thường được xây dựng theo sơ đồ khối hình 4.2.4.3 . • Mạch chỉnh lưu 1 chỉnh lưu điện áp xoay chiều của điện lưới 220V-50Hz thành điện áp một chiều để cấp cho mạch nghịch lưu và ổn áp. • Mạch nghịch lưu biến đổi dòng một chiều thành xung “ngắt-mở” với tần số như trên, nên có thể coi là dòng xoay chiều hình sin. Năng lượng dòng xoay chiều này sẽ qua biến áp xung chuyển sang mạch thứ cấp. • Mạch chỉnh lưu thứ hai nắn dòng xoay chiều tần số cao, cho tần số đập mạch lớn, lấy ra các điện áp một chiều cấp cho các mạch trong máy để duy trì chế độ làm việc ổn định của toàn máy. • Mạch ổn áp: điện áp một chiều trên được so sánh điện áp ra với một mức điện áp chuẩn; Sai số thông qua mạch dò sai được dùng để điều khiển ngắt mở khoá điện tử nhanh hay chậm (tốc độ ngắt mở-tức điều chế tần số xung) hoặc lâu hay chóng (tức là điều chế độ rộng của xung) tuỳ theo mức điện áp ra. Ví dụ với phương pháp điều chế độ rộng của xung thì: mức cao thì thời gian thông của khoá ngắn và ngược lại; tức là giữ cho giá trị trung bình theo là không đổi. http://www.ebook.edu.vn 83
Ví dụ ta xét mạch nguồn ổn áp xung trong một máy thu hình màu trình bày trên hình 4.2.4.4. Mạch ổn áp này duy trì chế độ là việc ổn định của toàn máy khi điện áp lưới biến thiên trong dải rất rộng: 80V÷260V ChØnh lu møc hai NghÞch lu-æn ¸p D5 D6 (5) ChØnh lu møc mét +115V C4 (6) C5 (3) D4 R3 C3 R2 C2 (4) D1 D7 80-260 (1) +15V V. C6 K D3 3 4 ~ C7 D2 (2) C1 D8 -30V 2 1 VR R1 5 Dß sai ChØnh møc ®iÖn ¸p ra H×nh 4.2.4.4.Nguån æn ¸p xung . Mạch nghịch lưu: Điện áp một chiều được cầu nắn trên 4 diot D1-D4 chỉnh lưu thành một chiều, được lọc bằng tụ C1 rồi dẫn đến cuộn (1)-(2) rồi đến chân 3 của khoá T chờ. Nếu khoá K thông thì mới có dòng qua nó và điện trở R1. Chính dòng điện qua nạp cho tụ C2 (dòng:+→R2→Bazơ khoá K Xung tÇn sè quÐt dßng (3)→Emitơ(4)→R1→ -) mở thông khoá K lần đầu tiên, làm cho dòng coletơ qua cuộn (1dương +) - (2âm - ) cảm ứng sang (3dương+) - (4âm -). Âm ở Xung nghÞch lu khi møc ®iÖn t (4) qua C3-R3 quay về bazơ đóng tranzisto lại. ¸pcaoU=260V Khoá tắt thì dòng qua (1)-(2) giảm đột ngột về 0, tạo nên điện áp cảm ứng sang (3)-(4) ngược dấu khi trước. Xung dương ở (4) lại thông khoá K và Xung nghÞch lu khi møc ®iÖn ¸p t quá trình nghịch lưu tiếp tục. Năng lượng xoay võaU=180V chiều qua biến áp xung qua cuộn thứ cấp và các diot chỉnh lưu thành các điện áp một chiều tương t ứng cấp cho các mạch trong máy. Xung nghÞch lu khi møc ®iÖn ¸p thÊpU=80V Mạch ổn áp: Khi nguồn vào ở mức cao thì hạ áp trên cuộn (1)-(2) cao nên ghép sang cuộn (5)-(6) t cũng cao. Diot D5 chỉnh lưu, đưa lượng một chiều H×nh 4.2.4.5. lớn về chân 1 IC dò sai. Mức này được so sánh với ngưỡng lấy ra từ triết áp VR. Kết quả so sánh đem điều khiển tranzisto khoá K thông trong thời gian rất ngắn. Vì vậy năng lượng chuyển sang thứ cấp vẫn ổn định. Khi nguồn thấp thì qúa trình diễn ra ngược lại. Trong mach này ,khi nguồn đã ổn định thì người ta đưa xung quét dòng về cưỡng chế mạch nghịch lưu thông - tắt theo nhịp tần số quét dòng. Như vậy dạng dao động xung ở biến áp xung có dạng như hình 4.2.4.5. http://www.ebook.edu.vn 84