VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

● Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ
Chí Minh Khoa Điện - Điện tử

BÀI TẬP LỚN

VẬT LÍ BÁN DẪN
Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Giảng viên
Nguyễn Trung Hiếu

Nhóm 13-L01
Lê Thanh Nhật - 2013995
Nguyễn Tiến Nhật - 2014001
Trần Minh Nhật - 2014008
Võ Hoàng Yến Nhi 2011767
Cù Văn Nhiên - 2014033

Ngày 5 tháng 8 năm 2021


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Mưc löc
1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
2 GIỚI THIỆU MẠCH

2.1 CƠSỞLÝTHUYẾT....................................

3
4
4

2.1.1 Khái niệm Diode và nguyên lí hoạt động. . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2 Giới thiệu về mạch chỉnh lưu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3 Các loại mạch chỉnh lưu và nguyên lí hoạt động. . . . . . . . . . . . .
2.1.4 Tụ lọc và ổn áp điện áp ngõ ra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.5 Ứng dụng của mạch chỉnh lưu AC/DC. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 PHÂN TÍCH MẠCH

4
7
7
11
13
14

3.1 Sơ đồ khối. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Sơ đồ nguyên lí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Mô phỏng bằng phần mềm proteus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 MẠCH THỰC TẾ

14
14
15
18

4.1 Mạch thực tế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
TÀILIỆUTHAMKHẢO ....................................

18
20


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

1


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Tr֒ng

⁄i Hồc BĂch Khoa Tp.Hỗ Ch Minh

Khoa iằn -

iằn tò

Bng ỏnh giá khối lượng công việc
STT
1
2
3
4
5

Thành viên
Lê Thanh Nhật
Nguyễn Tiến Nhật
Trần Minh Nhật
Võ Hồng Yến Nhi
Cù Văn Nhiên

MSSV
2013995
2014001
2014008
2011767
2014033

Nội dung cơng việc
Cơ sở lí thuyết và mạch thực tế
Phân tích mạch và mơ phỏng proteus
Phân tích mạch và soạn báo cáo
Cơ sở lí thuyết và soạn trình chiếu PowerPoint
Giới thiệu đề tài và cơ sở lí thuyết

Năng suất
100%
100%
100%
100%
100%


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

B¡o cĂo mổn Vt L BĂn DÔn Hồc ký 202, nôm håc 2020-2021

Trang 2/20


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

CH×ÌNG 1

GI˛I THI U

TI

Trong các mạch điện tử của các thiết bị điện tử chúng ta thường dùng như
Radio-Cassette, Amlpy, TV,... sử dụng nguồn một chiều DC ở các mức điện áp khác nhau,
nhưng nguồn cấp lại là dòng điện xoay chiều AC 220V 50Hz, như vậy các thiết bị điện tử
cần có một bộ phận để chuyển đổi từ nguồn xoay chiều ra điện áp một chiều, Vì thế các
mạch chỉnh lưu được sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết các thiết bị điện tử.
Bên cạnh đó tùy thuộc vào linh kiện mà có mức điện áp khác nhau, nên vì thế ta cần
một nguồn 1 chiều công suất lớn để cung cấp điện áp phù hợp cho từng linh kiện, vì thế ta
có mạch chỉnh lưu điều khiển điện áp để đảm bảo cung cấp cho thiết bị mà ít tốn kém do
chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều từ mạng lưới có giá trị tương đối lớn
Mạch chỉnh lưu là một mạch điện điện tử chứa các linh kiện điện tử có tác dụng biến
đổi dịng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu được dùng trong các
bộ nguồn một chiều hoặc mạch tách sóng tín hiệu vơ tuyến trong các thiết bị vô tuyến.
Trong mạch chỉnh lưu thường chứa các Diode bán dẫn để điều khiển dòng điện và các
đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.
Trong báo cáo này, nhóm sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về các mạch chỉnh lưu AC/DC và
phân tích một số ứng dụng của chúng. Sử dụng phần mềm mô phỏng Proteus để hiểu rõ

hơn về hoạt động của mạch này


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

3


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

CH×ÌNG 2

GI˛I THI U M CH
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.1 Khái niệm Diode và nguyên lí hoạt động.
Diode bán dẫn (hay gọi tắt là Diode) là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng
điện đi qua theo một chiều mà khơng cho dịng điện đi qua theo chiều ngược lại.
Các loại Diode đều có cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối
bán dẫn loại N được nối với 2 chân ra là Anode (khối P) và Kathode (khối N ) thông qua
tiếp xúc Ohm.
Diode là linh kiện bán dẫn đầu tiên. Khả năng chỉnh lưu của tinh thể được nhà vật
lý người Đức Ferdinand Braun phát hiện năm 1874.

Hình 2.1: Cấu tạo của Diode

Hình 2.2: Cấu trúc của Diode chỉnh lưu


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

- Phân loại Diode: Chúng ta sẽ có một số loại Diode thường thấy trên thị trường như sau:
• Diode chỉnh lưu:

Cấu tạo là một chuyển tiếp P-N, tiếp xúc mặt. Do vậy diode chỉnh lưu có khả năng
chịu được dịng tải lớn. Ứng dụng trong các mạch chỉnh lưu.

Hình 2.3: Kí hiệu của Diode chỉnh lưu
• Diode zener:

Cấu tạo cơ bản trên chuyển tiếp P-N, vật liệu của chuyển tiếp P-N là vật liệu chịu
nhiệt và tỏa nhiệt tốt, do đó nó chịu được dịng ngược lớn. Hoạt động chủ yếu ở
vùng phân cực ngược. Ứng dụng trong các mạch ổn áp, tạo điện áp chuẩn.

Hình 2.4: Kí hiệu của Diode Zener
• Diode biến dung (Varicap):

Cấu tạo trên chuyển tiếp P-N, phân cực ngược có điện dung thay đổi theo điện áp
ngược đặt vào. Ứng dụng trong các mạch tự điều chỉnh tần số cộng hưởng, mạch
khuếch đại, biến tần,...

Hình 2.5: Kí hiệu của Diode biến dung
• Diode tunnel (Diode xuyên hầm):


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Cấu tạo cơ bản trên chuyển tiếp P-N có nồng độ tạp chất cao dựa trên hiệu ứng

xuyên hầm. Hiệu ứng này tạo đặc tích dẫn điện 2 chiều của Diode. Ứng dụng trong
các mạch dao động siêu cao tần...


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Hình 2.6: Kí hiệu của Diode tunnel
• Diode Schottky:

Cấu tạo cơ bản trên P-N, tiếp xúc Schottky gồm bán dẫn với kim loại: khơng có sự
tích lũy hạt dẫn do đó tụ điện tương đương nhỏ nên chuyển mạch nhanh. Ứng dụng
trong các mạch yêu cầu tốc độ chuyển mạch nhanh, khóa điện tử, mạch lọc sóng,
tách sóng...

Hình 2.7: Kí hiệu của Diode Schottky
• Diode phát quang (LED - Light Emitting Diode):

LED phát quang là một Diode có cấu trúc đặc biệt có thể phát ra ánh sáng khi
chuyển tiếp P-N được cung cấp một điện trường thích hợp

Hình 2.8: Kí hiệu của Diode phát quang
Nguyên lý hoạt động của Diode: Theo ngun lý dịng điện chảy từ nơi có điện thế
cao đến nơi có điện thế thấp, muốn có dịng điện qua diode theo chiều từ nơi có điện thế
cao đến nơi có điện thế thấp, cần phải đặt ở Anode một điện thế cao hơn ở Kathode.
• Khi ta đặt một điện áp VAK ‚ VON vào 2 đầu của Diode thì miền nghèo thu hẹp và biến

mất, lúc này tại tiếp giáp giữa 2 khối cho các hạt dẫn đi qua và Diode dẫn diện theo
chiều từ Anode đến Kathode.

• Khi ta đặt một điện áp VAK ˙ VON vào 2 đầu của Diode thì miền nghèo mở rộng, lúc

này tại tiếp giáp giữa 2 khối không cho các hạt dẫn đi qua và Diode không dẫn diện.


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Có rất nhiều loại Diode nhưng ở đây chúng ta sẽ chỉ đi tìm hiểu về Diode chỉnh lưu
và các ứng dụng của chúng trong các mạch điện.


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

2.1.2 Giới thiệu về mạch chỉnh lưu.
Mạch chỉnh lưu là một mạch điện điện tử chứa các linh kiện điện tử có tác dụng
biến đổi dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều.
Mạch chỉnh lưu được dùng trong các bộ nguồn một chiều hoặc mạch tách sóng tín
hiệu vơ tuyến trong các thiết bị vô tuyến. Trong mạch chỉnh lưu thường chứa các diode
bán dẫn để điều khiển dòng điện và các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.

2.1.3 Các loại mạch chỉnh lưu và nguyên lí hoạt động.
* Mạch chỉnh lưu bán kỳ.
Một mạch chỉnh lưu bán kì chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi
ngang qua diode, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của diode. Vì
chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu bán kì có hiệu suất truyền
cơng suất rất thấp. Mạch chỉnh lưu bán kì có thể lắp bằng chỉ một diode bán dẫn trong các
mạch nguồn một pha.

Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo mạch chỉnh lưu bán kỳ
- Cấu tạo: Máy biến áp, Diode chỉnh lưu
• Máy biến áp: Dùng để tăng hoặc hạ áp theo nhu cầu điện áp đầu ra; chúng ta cũng

có thể sử dụng máy biến áp với tỉ số vòng dây là 1 : 1 để bảo vệ nguồn khi xảy ra sự
cố bên tải.
• Diode: Có chức năng biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều.

Nguyên lý hoạt động: Xét trong một chu kỳ của sóng sin ở cuộn thứ cấp. Trong
phase dương của sóng sin thì điện áp VAK ‚ VON khi này Diode ở chế độ ON và có dịng
điện chạy qua tải R theo hướng từ trên xuống dưới như Hình 2.9, biên độ điện áp đầu ra
trên tải R có giá trị bằng Vp¡AC –VON (dùng mơ hình sụt áp hằng cho Diode); tuy nhiên vì
trong khoảng thời gian ¢t (ký hiệu như Hình 2.11) ở đầu và cuối phase dương thì 0 ˙ VAK ˙
VON nên Diode ở chế độ OFF và hở mạch cho nên ta có dạng sóng trên tải trong khoảng
thời gian ¢t này là một đoạn thẳng.


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Hình 2.10: Sơ đồ mạch khi Diode ở chế độ ON
Trong phase âm của sóng sin thì VAK ˙ 0 và Diode ở chế độ OFF, lúc này tại Diode
hở mạch và khơng có dịng chạy qua cho nên áp trên tải bằng 0 dẫn đến dạng sóng hiển
thị trên dao động ký là một đoạn thẳng.

Hình 2.11: Dạng sóng trước và sau khi chỉnh lưu bán kỳ.
- Nhận xét:
• Ưu điểm: Mạch có cấu tạo đơn giản, chỉ dùng một Diode.
• Nhược điểm: Hiệu suất sử dụng biến áp nguồn thấp vì chỉ chỉnh được bán kỳ
dương của nguồn AC, dạng sóng DC ra có độ gợn lớn nên việc lọc sẽ khó. ! hiệu
quả kém. ! Chính vì những nhược điểm này nên mạch chỉnh lưu bán kỳ ít được ứng
dụng trong thực tế.

VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

* Mạch chỉnh lưu toàn kỳ.
a) Mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 Diode.

Hình 2.12: Sơ đồ cấu tạo mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 Diode.
- Cấu tạo: Máy biến áp, 2 Diode chỉnh lưu, Rt ai .
Máy biến áp: Dùng để tăng hoặc hạ áp theo nhu cầu điện áp đầu ra; chúng ta cũng
có thể sử dụng máy biến áp với tỉ số vòng dây là 1 : 1 để bảo vệ nguồn khi xảy ra sự
cố bên tải. Máy biến áp có 3 đầu ra và có N12 ˘ N 23
Diode: Có chức năng biến đổi dịng xoay chiều thành dịng một chiều.
- Ngun lí hoạt động: Xét trong một chu kỳ của sóng sin ở cuộn thứ cấp. Trong bán kỳ
dương ta có V12 ‚ VON 1 và V32 ˙ 0 ˙ VON 2 ! D1 ON và D2 OFF; khi này dòng điện chạy trong
mạch theo đường màu tím và điện áp DC trên tải R có biên độ bằng V12–VON 1 (theo mơ
hình sụt áp hằng). Trong bán kỳ âm ta có V32 ‚ VON 2 và V 12 ˙ 0 ˙ VON 1 ! D1 OFF và D2 ON;
khi này dòng điện chạy trong mạch theo đường màu xanh lục và điện áp DC trên tải R có
biên độ bằng V32–VON 2 (theo mơ hình sụt áp hằng).
Trong các khoảng thời gian ¢t và 2¢t thì cả 2 Diode đều ở chế độ OFF dẫn đến khơng
có dịng qua tải R và áp trên tải bằng 0 cho nên ta quan sát được một đoạn thẳng trong
các khoảng thời gian này
- Nhận xét:
• Ưu điểm: Mạch điện đơn giản, chỉ dùng 2 Diode và dạng sóng ngõ ra có độ gợn nhỏ.

• Nhược điểm: Biến áp nguồn có cấu tạo phức tạp vì 2 cuộn dây ra phải có số vịng

dây bằng nhau, Diode chịu điện áp ngược cao, điện áp ra có biên độ nhỏ vì chỉ lấy
nửa biên độ ở nguồn AC đầu thứ cấp để chỉnh lưu

VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Hình 2.13: Dạng sóng trước và sau khi chỉnh lưu tồn kỳ dùng 2 Diode
b) Mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 4 Diode (cầu Diode).

Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 4 Diode.
- Cấu tạo: Máy biến áp, 4 Diode chỉnh lưu, Rt ai .
• Máy biến áp: dùng để tăng hoặc hạ áp theo nhu cầu điện áp đầu ra; chúng ta cũng

có thể sử dụng máy biến áp với tỉ số vòng dây là 1 : 1 để bảo vệ nguồn khi xảy ra sự
cố bên tải.
• Diode: Có chức năng biến đổi dịng xoay chiều thành dịng một chiều.

- Ngun lí hoạt động: xét trong một chu kỳ của sóng sin ở cuộn thứ cấp. Trong bán kỳ


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

dương thì VD1,D2 ‚ VON 1,2 và VD3,D4 ˙ VON 3,4 làm cho D1, D2 ở chế độ ON còn D3, D4 ở chế
độ OFF, có dịng điện chạy từ D1 ! R ! D2 và biên độ điện áp trên tải R được tính bằng Vp¡AC
–2VON 1/2 (dùng mơ hình sụt áp hằng và giả sử VON 1 ˘ VON 2) . Trong bán kỳ âm thì


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC
˙V

ON1,2
‚V
ON3,4
V
D3,D4

và VD1,D2

làm cho D1, D2 ở chế độ OFF còn D3, D4 ở chế độ ON, lúc

này trong mạch có dịng chạy từ D3 ! R ! D4 và biên độ điện áp trên tải R được tính bằng
Vp¡AC –2VON 3/4 (dùng mơ hình sụt áp hằng và giả sử VON 3 ˘ VON 4).

Hình 2.15: Dạng sóng trước và sau khi chỉnh lưu toàn kỳ dùng 4 Diode.
Trong khoảng thời gian ¢t và 2¢t thì cả 4 Diode đều ở chế độ OFF nên khơng có dịng
chạy qua R tải làm cho áp trên tải R bằng 0 nên dạng sóng được hiển thị trong khoảng
thời gian này là một đoạn thẳng như Hình 2.15
- Nhận xét:
• Ưu điểm: Hiệu suất cao vì sử dụng tồn bộ chu kỳ và biên độ điện áp của nguồn AC

vào, dạng sóng ra có độ gợn sóng nhỏ, biên độ áp ra lơn hơn so với trường hợp
dùng 2 Diode
• Nhược điểm: Mạch phức tạp hơn so với chỉnh lưu toàn kỳ 2 Diode và chỉnh lưu bán

kỳ, dùng nhiều Diode


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

! Thường được sử dụng nhiều trong thực tế

2.1.4 Tụ lọc và ổn áp điện áp ngõ ra.
Sau khi đi qua các Diode chỉnh lưu thì ta đã thu được nguồn điện DC nhưng nguồn
DC này lại khơng phẳng mà có dạng điện áp như 3 mạch chỉnh lưu phía trên. Để làm giảm
độ gợn này ta sẽ gắn thêm các tụ điện song song với R tải như Hình 2.16


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC

Hình 2.16: Tải khi có tụ lọc và Diode zener.
Hình 2.17 với đường màu đỏ là dạng sóng trên tải R khi khơng có tụ điện, cịn
đường màu cam là khi đã lắp thêm tụ lọc song song với R.

Hình 2.17: Sóng ngõ ra trước và sau khi lắp tụ trong mạch chỉnh lưu dùng cầu Diode .
Trong khoảng thời gian ¢t thì Diode ON và áp trên 2 đầu tụ C nhỏ hơn áp trên R
nên tụ được nạp điện liên tục, đến khi hết thời gian ¢t thì điện áp ngõ vào giảm làm cho áp
trên R giảm và khi này tụ bắt đầu xả điện tích qua tải R; khi tụ đang xả thì điện áp ngõ vào
lại tăng và lúc này điện áp trên 2 đầu tụ nhỏ hơn áp ngõ vào nên tụ lại được nạp lại.
! Sau khi lắp thêm tụ lọc thì điện áp ngõ ra đã ổn định hơn và chỉ bị sụt một khoảng rất nhỏ so
với khi chưa lắp tụ.

Khi điện áp ngõ ra đã được lọc ổn định hơn thì ta có thể dùng Diode zener để ổn
định điện áp ngõ ra ở một mức cố định để có thể dùng có các tải bằng cách mắc song
song như Hình 2.16. Ta phải tính tốn R tải sao cho điện áp trên 2 đầu Zener nằm trong
mức ổn định mà Zener có thể hoạt động tốt được.


VẬT LÍ BÁN DẪN Tìm hiểu mạch chỉnh lưu AC/DC