Do an 2 thiet ke mach on ap mot chieu

ĐỒ ÁN 2
Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP MỘT CHIỀU

Hà Nội 2001


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1. Đề tài thiết kế:
Thiết kế mạch ổn áp một chiều.
2. Các số liệu ban đầu:
Công suất 10W. nguồn cấp 220V, 50Hz, Điện áp ra ổn định 12 V, Mạch ổn áp
tƣơng tự. Ổn áp IC + 5V


Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................................ 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN MỘT CHIỀU ...................................................................... 5
1.1)

Khái niệm chung về nguồn một chiều .................................................................................... 5

a)

Khái niệm: ............................................................................................................................... 5

b)

Chức năng của các khối: ......................................................................................................... 5

1.2)

Biến áp nguồn và chỉnh lƣu: ................................................................................................... 6

a)

Biến áp nguồn: ........................................................................................................................ 6

b)

Chỉnh lƣu: ............................................................................................................................... 6

1.3)

Mạch lọc: ................................................................................................................................ 7

1.4)

Mạch ổn định điện áp:............................................................................................................. 9

a)

Nhiệm vu:................................................................................................................................ 9

b)

Phân loại: ................................................................................................................................ 9

c)

Bộ ổn áp dùng IC tuyến tính: .................................................................................................. 9

d)

Mạch ổn áp hồi tiếp: ............................................................................................................... 9

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC ........ 11
2.1)

Sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động và đặc điểm mạch ổn áp có hồi tiếp ................................. 11

a)

Sơ đồ khối: ............................................................................................................................ 11

b)

Nguyên lý làm việc mạch ổn áp có hổi tiếp: ......................................................................... 11

c)

Một số đặc điểm của mạch ổn áp có hồi tiếp: ....................................................................... 12

2.2)

Sơ đồ động lực thiết kế: ........................................................................................................ 12

2.3)

Hoạt động của sơ đồ động lực: ............................................................................................. 12

2.3.1. Nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp hình 2.2 ................................................................... 12
2.3.2. Các khối cơ bản trong sơ đồ mạch ổn áp: ........................................................................... 13
a)

Khối biến áp: ......................................................................................................................... 13

b)

Khối chỉnh lƣu: ..................................................................................................................... 13

c)

Khối lọc nguồn:..................................................................................................................... 13

d)

Khối ổn áp:............................................................................................................................ 13

CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ .................................................................... 14
3.1)

Khối biến áp: ......................................................................................................................... 14

3.2)

Khối chỉnh lƣu: ..................................................................................................................... 15

3.3)

Khối lọc nguồn:..................................................................................................................... 15

3.4)

Khối ổn áp:............................................................................................................................ 16

CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC THIẾT KẾ.............................................................. 18


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật, các thiết bị điện tử
ngày càng đƣợc phát triển, phổ biến và ứng dụng rộng dãi trong các lĩnh vực nhƣ đời
sống, kinh doanh, giải trí v.v... Đặc biệt với sự phát triển của cơng nghệ ngày càng
đƣợc sử dụng rộng dãi và quan trọng thì vấn đề về nguồn cung cấp cho các thiết bị
điện tử, thiết bị công nghiêp ngày càng trở nên quan trọng quyết định đến việc ổn định
của hệ thống. Hầu hết các thiết bị điện tử đều sử dụng nguồn một chiều đƣợc ổn áp
với độ chính xác và mức ổn định cao. Hiện nay vấn đề nghiêm cứu và phát triển với
mục đích đƣa ra các khối nguồn có cơng suất lớn, độ ổn định, độ chính xác cao, kích
thƣớc nhỏ gọn.
Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn một chiều ổn áp và với
những kiến thức đã đƣợc học và tự tìm hiểu em đã chọn đề tài:” thiết kế mạch ổn áp
một chiều có điện áp ra ổn định 12v “ để qua đó tìm hiểu và học hỏi kĩ hơn về
ngun lý hoạt động của mạch ổn áp một chiều.
Do sự hiểu biết và kinh nghiệm trong lĩnh vực này còn hạn chế nên khơng
tránh sảy ra những sai sót trong q trình thực hiện, em rất mong đƣợc nhận sự giúp
đỡ, đóng góp của thầy cơ và bạn bè để có thể hoàn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN MỘT CHIỀU
1.1) Khái niệm chung về nguồn một chiều
a) Khái niệm:
Nguồn điện một chiều là nguồn điện phát ra dòng điện một chiều, dòng điện
này có chiều xác định, độ lớn có thể vẫn biến thiên nhƣng trị số của nó ln nằm giới
hạn trong một phía của trục thời gian Ox, nghĩa là hoặc luôn (+) hoặc luôn âm (_) và
không đi qua giá trị 0.
Các nguồn cấp điện một chiều có thể là các loại pin, ắc quy.
Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lƣợng một chiều cho các mạch và
các thiết bị điện tử hoạt động. Năng lƣợng một chiều của nó tổng quát đƣợc lấy từ
nguồn xoay chiều của lƣới điện thơng qua một q trình biến đổi đƣợc thực hiện trong
nguồn một chiều.
Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ra ít phụ thuộc vào điện áp
mạng, của tại và nhiệt độ. Để đạt đƣợc yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định
(ổn áp, ổn dòng). Các mạch cấp nguồn cổ điển thƣờng dùng biến áp, nên kích thƣớc
và trọng lƣợng của nó khá lớn. Ngày nay ngƣời ta có xu hƣớng dùng các mạch cấp
nguồn khơng có biến áp.
AC

BIẾN
ÁP

MẠCH
CHỈNH
LƯU

MẠCH
LỌC

MẠCH
ỔN ÁP

DC

Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ nguồn hoàn chỉnh:
b) Chức năng của các khối:
Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá
trị thích hợp với yêu cầu. Trong một số trƣờng hợp có thể dùng trực tiếp U1 mà không
cần biến áp.
Mạch chỉnh lƣu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành
điện áp một chiều khơng bằng phẳng UT (có giá trị thay đổi nhấp nhô). Sự thay đổi
này phụ thuộc vào từng dạng mạch chỉnh lƣu.
Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch UT thành điện áp một
chiều UO1 ít nhấp nhơ hơn.


Bộ ổn áp một chiều (ổn dịng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (dịng điện) ở đầu
ra của nó UO2 (IT) khi UO1 thay đổi theo sự mất ổn định của UO1 hay IT . Trong nhiều
trƣờng hợp nếu khơng có u cầu cao thì khơng cần bộ ổn áp hay ổn dòng một chiều.

1.2) Biến áp nguồn và chỉnh lƣu:
a) Biến áp nguồn:
Biến áp nguồn làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện thành
điện áp xoay chiều có trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lƣu và ngăn cách mạch chỉnh
lƣu với mạng điện xoay chiều về một chiều.

Hình 1.2: biến áp

b) Chỉnh lƣu:
- Khái niệm:
Các phần tử tích cực dùng để chỉnh lƣu là các phần tử có đặc tuyến Volt Ampe khơng đối xứng sao cho dịng điện đi qua nó chỉ đi qua nó chỉ đi qua một chiều.
Ngƣời ta thƣờng dùng chỉnh lƣu Silic, để có cơng suất nhỏ hoặc trung bình cũng có
thể dùng chỉnh lƣu Selen. Để có cơng suất ra lớn (>100W) và có thể điều chỉnh điện
áp ra tùy ý, ngƣời ta dùng Thyristor để chỉnh lƣu.
- Nhiệm vụ:
Mạch chỉnh lƣu có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện
một chiều.
- Các mạch chỉnh luu thƣờng gặp:
 Mạch chỉnh lƣu nửa chu kì:
Mạch chỉnh lƣu nửa chu kỳ sử dụng một Diode mắc nối tiếp với tải tiêu thụ, ở
chu kỳ dƣơng => Diode đƣợc phân cực thuận do đó có dịng điện đi qua diode và đi
qua tải, ở chu kỳ âm , Diode bị phân cực ngƣợc do đó khơng có dịng qua tải.

Hình 1.3: mạch chỉnh lưu nửa chu kì


 Mạch chỉnh lƣu cầu:
Mạch chỉnh lƣu cầu là một bộ chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) sang
dòng một chiều (DC) để giúp điều chỉnh đầu vào AC thành đầu ra DC. Cầu chỉnh lƣu
đƣợc sử dụng rộng rãi trong các mạch nguồn cung cấp điện áp DC cần thiết cho các
thiết bị hoặc các linh kiện điện tử.
Tùy thuộc vào yêu cầu của tải hiện tại để có thể lựa chọn bộ chỉnh lƣu sao cho
phù hợp. Các thơng số đƣợc tính đến nhƣ: Thơng số linh kiện, điện áp sự cố, dải nhiệt
độ, dòng điện chạy qua mạch, dòng chuyển tiếp, yêu cầu lắp đặt,…Và một số thơng số
khác đƣợc tính đến trong q trình chọn nguồn cung cấp chỉnh lƣu cho mạch điện tử
thích hợp.

Hình 1.4: sơ đồ và dạng sóng chỉnh lưu cầu

1.3) Mạch lọc:
Trong các mạch chỉnh lƣu nói trên điện áp hay dịng điện ra tải tuy có cực tính
khơng đổi, nhƣng các giá trị của chúng thay đổi theo thời gian một cách chu kỳ, gọi là
sự đập mạch (gợn sóng) của điện áp hay dòng điện sau chỉnh lƣu.Sau khi chỉnh lƣu ta
thu đƣợc điện áp một chiều nhấp nhô, nếu khơng có tụ lọc thì điện áp nhấp nhơ này
chƣa thể dùng đƣợc vào các mạch điện tử , do đó trong các mạch nguồn, ta phải lắp
thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh lƣu.
- Lọc bằng tụ điện:
Trƣờng hợp này đã đƣợc nêu ra trong trƣờng hợp tải điện dung của mạch chỉnh
lƣu. Nhờ có tụ nối song song với tải, điện áp ra tải ít nhấp nhơ hơn.
Do sự phóng và nạp tụ qua các 1/2 chu kỳ và do các sóng hài đƣợc rẽ
qua mạch C xuống điểm chung, dòng điện ra tải chỉ cịn thành phần một chiều và một
lƣợng nhỏ sóng hài bậc thấp

C

R

Ur

Hình 1.5: sơ đồ lọc bằng tụ điện


- Lọc bằng cuộn cảm:
Cuộn cảm L đƣợc mắc nối tiếp với tải Rt nên khi dòng điện it ra tải biến thiên
đập mạch, trong cuộn L sẽ xuất hiện sức điện động tự cảm chống lại. Do đó làm giảm
các sóng hài (nhất là các sóng hài bậc cao). Về mặt điện kháng, các sóng hài bậc n có
tần số càng cao sẽ bị cuộn cảm L chặn càng nhiều. Do đó dịng điện ra tải chỉ có thành
phần một chiều I0 và một lƣợng nhỏ song hài.

𝐿

𝑅

Hình 1.6: sơ đồ lọc bằng cuộn cảm
- Bộ lọc hình L ngƣợc và hình π:
Các bộ lọc này sử dụng tổng hợp tác dụng của cuộn cảm L và tụ C để lọc, do
đó các sóng hài càng giảm nhỏ và dòng điện ra tải (hay điện áp trên tải) càng ít nhấp
nhơ. Để tăng tác dụng lọc có thể mắc nối tiếp 2 hay 3 mắt lọc hình π với nhau. Khi đó
dịng điện và điện áp ra tải gần nhƣ bằng phẳng hồn tồn.
𝐿

𝐶

𝑅

Hình 1.7: sơ đồ bộ lọc hình L ngược
𝐿

𝐶

𝐶

𝑅

Hình 1.8: sơ đồ bộ lọc hình π


1.4) Mạch ổn định điện áp:
a) Nhiệm vu:

Nhiệm vụ ổn định điện áp (gọi tắt là ổn áp) một chiều ra tải khi điện áp và tần
số điện lƣới thay đổi, khi tải biến đổi. Điện trở ra của bộ nguồn cung cấp yêu cầu nhỏ,
để hạn chế sự ghép ký sinh giữa các tầng, giữa các thiết bị cùng chung nguồn chỉnh
lƣu.
Việc ổn định điện áp xoay chiều có nhiều hạn chế nhất là khi điện áp lƣới thay
đổi nhiều. Dùng bộ ổn áp một chiều bằng phƣơng pháp điện tử đƣợc sử dụng phổ biến
hơn đặc biệt khi công suất ra tải yêu cầu không lớn và tải tiêu thụ trực tiếp điện áp một
chiều.
b) Phân loại:
- Các dạng bộ ổn áp trên thực tế đƣợc chia làm ba loại chính:
 ổn áp kiểu tham số (ổn áp dùng điốt Zener),
 ổn áp kiểu bù tuyến tính (mạch ổn áp có hồi tiếp)
 ổn áp xung.
c) Bộ ổn áp dùng IC tuyến tính:
Để thu nhỏ kích thƣớc cũng nhƣ chuẩn hóa các các tham số của các bộ ổn áp
một chiều kiểu bù tuyến tính ngƣời ta chế tạo chúng dƣới dạng vi mạch, nhờ đó việc
sử dụng cũng dễ dàng hơn. Các bộ IC ổn áp trên thực tế cũng bao gồm các phần tử
chính là bộ tạo điện áp chuẩn, bộ khuếch đại tín hiệu sai lệch, transistor điều chỉnh, bộ
hạn dòng.
Các IC ổn áp thƣờng đảm bảo dòng ra khoảng từ 100mA đến 1,5A điện áp tới
50V, công suất tiêu tán khoảng 500 - 800 mW. Hiện nay ngƣời ta cũng chế tạo các IC
ổn áp cho dòng tới 10A. Các loại IC ổn áp điển hình thƣờng dùng là : serial 78xx hay
79xx, LM 105, LM 309, µ A 723, LM323, LM 317, LM 337…
Tùy thuộc vào tham số kỹ thuật nhƣ điện áp ra, dòng ra, hệ số ổn định điện áp,
khả năng điều chỉnh điện áp ra, dải nhiệt độ làm việc, nguồn cung cấp, độ ổn định
theo thời gian.v.v. mà ngƣời ta chế tạo ra nhiều loại khác nhau.
Ứng dụng của họ IC ổn áp họ 78: IC ổn áp họ 78.. đƣợc dùng rộng rãi trong các
bộ nguồn , nhƣ Bộ nguồn của đầu VCD, trong Ti vi mầu, trong máy tính v v...
d) Mạch ổn áp hồi tiếp:
 Một số đặc điểm của mạch ổn áp có hồi tiếp :

Cung cấp điện áp một chiều ở đầu ra không đổi trong hai trƣờng hợp điện áp
đầu vào thay đổi hoặc dòng tiêu thụ của tải thay đổi , tuy nhiên sự thay đổi này phải
có giới hạn.
Cho điện áp một chiều đầu ra có chất lƣợng cao, giảm thiểu đƣợc hiện tƣợng
gợn xoay chiều.
 Nguyên tắc hoạt động của mạch:


Mạch lấy mẫu sẽ theo dõi điện áp đầu ra thông qua một cầu phân áp tạo ra (
Ulm : áp lấy mẫu)
Mạch tạo áp chuẩn => gim lấy một mức điện áp cố định (Uc : áp chuẩn )
Mạch so sánh sẽ so sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và áp chuẩn Uc để tạo thành
điện áp điều khiển.
Mạch khuếch đại sửa sai sẽ khuếch đại áp điều khiển, sau đó đƣa về điều chỉnh
sự hoạt động của đèn công xuất theo hƣớng ngƣợc lại, nếu điện áp ra tăng => thông
qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công suất dẫn giảm =>điện áp ra giảm xuống .
Ngƣợc lại nếu điện áp ra giảm => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công
suất lại dẫn tăng => và điện áp ra tăng lên =>> kết quả điện áp đầu ra không thay đổi.


CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC VÀ HOẠT ĐỘNG
CỦA SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC
Với nhiệm vụ đƣợc giao là: ”thiết kế mạch ổn áp một chiều công suất 10W.
nguồn cấp 220V, 50Hz, điện áp ra ổn định 12 V”, em sẽ xét đến mạch ổn áp có hồi
tiếp với nguyên tắc thực hiện các sơ đồ ổn áp có hồi tiếp. Để thiết kế đƣợc trƣớc tiên
chúng ta cần tìm hiểu sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động và một số đặc điểm của mạch
ổn áp có hổi tiếp.

2.1) Sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động và đặc điểm mạch ổn áp có hồi tiếp
a) Sơ đồ khối:

Uv

Ur

Cơng suất

Khuyếch
đại sửa

So sánh

Áp lấy
mẫu

sai

Tạo áp
chuẩn
Hình 2.1: sơ đồ khối mạch ổn áp có hồi tiếp
b) Nguyên lý làm việc mạch ổn áp có hổi tiếp:
Mạch lấy mẫu sẽ theo dõi điện áp đầu ra thông qua một cầu phân áp tạo ra (
Ulm : áp lấy mẫu)
Mạch tạo áp chuẩn => gim lấy một mức điện áp cố định (Uc : áp chuẩn )
Mạch so sánh sẽ so sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và áp chuẩn Uc để tạo thành
điện áp điều khiển.
Mạch khuếch đại sửa sai sẽ khuếch đại áp điều khiển, sau đó đƣa về điều chỉnh
sự hoạt động của đèn công suất theo hƣớng ngƣợc lại, nếu điện áp ra tăng => thông
qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công suất dẫn giảm =>điện áp ra giảm xuống .
Ngƣợc lại nếu điện áp ra giảm => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công

suất lại dẫn tăng => và điện áp ra tăng lên =>> kết quả điện áp đầu ra không thay đổi


c) Một số đặc điểm của mạch ổn áp có hồi tiếp:
Cung cấp điện áp một chiều ở đầu ra không đổi trong hai trƣờng hợp điện áp
đầu vào thay đổi hoặc dòng tiêu thụ của tải thay đổi, tuy nhiên sự thay đổi này phải có
giới hạn.
Cho điện áp một chiều đầu ra có chất lƣợng cao, giảm thiểu đƣợc hiện tƣợng
gợn xoay chiều.

2.2) Sơ đồ động lực thiết kế:
Dựa vào sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp có hồi tiếp nhƣ trên
và yêu cầu của nhiệm vụ: ”thiết kế mạch ổn áp một chiều công suất 10W. nguồn
cấp 220V, 50Hz, điện áp ra ổn định 12 V”, ta chọn phƣơng pháp thiết kế bộ nguồn
nhƣ hình 5.2.
R1

H
ình
2.2:
sơ đồ
động
lực
thiết
kế bộ
nguồn
ổn áp
12v

12V

Q1

Đ4

Uv
C1

R5

R3

R2

Đ3

Ur

VR1

Đz
Q2

R4

R6

2.3) Hoạt động của sơ đồ động lực:
2.3.1) Nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp hình 2.2
Khi Điện áp đầu vào thay đổi, hoặc dòng tiêu thụ thay đổi, dện áp đầu ra sẽ có
xu hƣớng thay đổi nhƣng mức độ thay đổi ít hơn nhằm giữ điện áp đầu ra không đổi.

Giả sử : Khi điện áp vào tăng => điện áp ra tăng => điện áp chân E đèn Q2
tăng nhiều hơn chân B ( do có Đz gim từ chân E đèn Q2 lên Ura, còn Ulm chỉ lấy một
phần Ura ) do đó UBE giảm => đèn Q2 giảm mức độ dẫn => đèn Q1 giảm mức độ
dẫn => điện áp ra giảm xuống. Tƣơng tự khi Uvào giảm, thông qua mạch điều chỉnh
=> ta lại thu đƣợc Ura tăng. Thời gian điều chỉnh của vòng hồi tiếp rất nhanh khoảng
vài µ giây và đƣợc các tụ lọc đầu ra loại bỏ, không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng của
điện áp một chiều => kết quả là điện áp đầu ra tƣơng đối phẳng.
Khi điều chỉnh biến trở VR1 , điện áp lấy mẫu thay đổi, độ dẫn đèn Q2 thay đổi
, độ dẫn đèn Q1 thay đổi => kết quả là điện áp ra thay đổi, VR1 dùng để điều chỉnh
điẹn áp ra theo ý muốn .


2.3.2) Các khối cơ bản trong sơ đồ mạch ổn áp:
a) Khối biến áp:
Khi có điện áp xoay chiều Uv=220V đi vào biến áp, tại đây trên cuộn dây sơ
cấp sẽ sinh ra một từ trƣờng biến thiên. Từ trƣờng biến thiên này đƣợc dẫn qua một lõi
thép kín dẫn đến bên cuộn dây thứ cấp sẽ nhận đƣợc từ trƣờng biến thiên. Dƣới sự
cảm ứng điện từ sẽ sinh ra một hiệu điện thế cảm ứng U2. U2 này sẽ tỉ lệ với Uv phụ
thuộc vào tỉ số vòng dây N1 và N2.
Ta có cơng thức:

b) Khối chỉnh lƣu:
Sau khi điện áp ra từ biến áp đƣợc điều chỉnh theo thơng số kĩ thuật phù hợp thì
điện áp đó chạy qua mạch chỉnh lƣu cầu. Ở đây điện áp xoay chiều khi qua bộ chỉnh
lƣu sẽ đƣợc chỉnh lƣu thành dòng điện một chiều.
c) Khối lọc nguồn:
Khi dòng điện đƣợc chỉnh lƣu sẽ có dạng mấp mơ vì thì khi qua tụ lọc C1 điện
áp sau chỉnh lƣu sẽ đƣợc san bằng thu đƣợc một điên áp sau chỉnh lƣu ít mấp mơ hơn.
d) Khối ổn áp:
Sau khi điện áp đƣợc lọc sẽ đi đến bộ ổn áp.

Q1 là đèn cơng suất nguồn cung cấp dịng điện chính cho tải , điện áp đầu ra
của mạc ổn áp lấy từ chân C đèn Q1 và có giá trị 12V cố định .
R1 là trở phân dịng có cơng suất lớn ghánh bớt một phần dịng điện đi qua đèn
cơng suất.
Cầu phân áp R5, VR1 và R6 tạo ra áp lấy mẫu đƣa vào chân B đèn Q2 .
Diode zener Dz và R4 tạo một điện áp chuẩn cố định so với điện áp ra.
Q2 là đèn so sánh và khuyếch đại điện áp sai lệch => đƣa về điều khiển sự hoạt
động của đèn công suất Q1.
R3 liên lạc giữa Q1 và Q2, R2 phân áp cho Q1
Điện áp đầu ra sẽ có xu hƣớng thay đổi khi Điện áp đầu vào thay đổi, hoặc
dòng tiêu thụ thay đổi.


CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ
Với u cầu thiết kế: công suất 10W nguồn cấp 220V, 50Hz, điện áp ra ổn
định 12V và sơ đồ động lực thiết kế nhƣ hình 2.2.
Ta có:
I= =

≈0.8 A

3.1) Khối biến áp:
Với mục tiêu thiết kế ra điện áp ổn định Ura = 12V và đặc tính kĩ thuật của bộ
nguồn nên ta chọn điện áp ra của biến áp ( Urba ) lớn hơn Ura .Ở đây em chọn
Urba=18V. Mặt khác ta phải cộng thêm điện áp rơi ở 2 diode chỉnh lƣu. Giả sử điện áp
rơi trên diode chỉnh lƣu là 0,7V.
Do đó điện áp trên cuộn thứ cấp là: 18+2.0,7=19.4V.
Xét khi điện áp lƣới có giá trị nhỏ nhất Ulƣới min = 200 V, và với điện áp ra
yêu cầu trên cuộn thứ cấp là 19,4V ta có:
=

=

≈15

=

Khi điện áp lƣới có giá trị lớn nhất Ulƣới max = 240 V, điện áp ra lớn nhất trên
cuộn thứ cấp
U2=U1 =240*

=23V

Ta có dịng điện ra trên khối nguồn cũng là dòng điện ra trên cuộn thứ cấp của
biến áp: Ira = I2 = 0.8A
Do đó cơng suất lớn nhất mà biến áp cung cấp là:
P2 = U2*Ir = 23*0.8= 18.4W
Giả sử rằng tổn hao trên hai diode chỉnh lƣu là 10% thì cơng suất thực của biến
áp là:
P2=

≈20.5W

Dịng điện chạy trên cuộn sơ cấp là:
I1= = ≈0.05A
Để tính diện tích thiết diện của lõi biến áp ta dựa vào cơng thức:
S =(0,8÷1,3) P (cm2)
=>> S =(0,8÷1,3)*

≈5 (cm2)

Do đó ta lựa chọn diện tích tiết diện của lõi biến thế là 5 cm2 , và dùng thép kỹ
thuật Tôn – Silíc.
Tính đƣờng kính dây cuốn biến áp theo chỉ tiêu mật độ dòng 3A/mm².
 Cuộn sơ cấp: I1 = 0.05A


S1=

≈0.02 (mm2)

=

=>>Đƣờng kính dây cuốn biến áp trên cuộn sơ cấp:
d1=2*

=2*

≈0.16 (mm)

=

≈0.3 (mm2)

 Cuộn thứ cấp: I2 = 0.8A
S2=

=>> Đƣờng kính dây cuốn biến áp trên cuộn thứ cấp:
d2=2*

≈0.6 (mm)

=2*

Tính số vòng dây của biến áp: f = 50 Hz, chọn B = 1 Tesla lúc đó gần đúng có
thể tính:
n1=U1*
Xét khi U lƣới max = 240 V thì số vòng dây trên cuộn sơ cấp là:
n1=U1* =240* =2160 (vòng)
Số vòng dây trên cuộn thứ cấp là:
n2= =

=144 (vòng)

=>> Vậy ta lựa chọn biến áp có các đặc tính sau:
- Diện tích tiết diện lõi biến áp: S = 5 cm2
- Đƣờng kính dây cuốn biến áp:
+) Sơ cấp : d1 = 0,16 mm
+) Thứ cấp: d2 = 0.6 mm
- Số vòng dây cuốn biến áp:
+) Sơ cấp : n1 = 2160 vòng
+) Thứ cấp: n2 = 80 vòng

3.2) Khối chỉnh lƣu:
Khi điện áp ra biến áp là 19,4V, điện áp ra đỉnh của biến áp là: 19,4.

=27,4V.

Dòng điện lớn nhất đi qua diode ( Id )= I=0,8 A.
Tần số của điện áp ra chỉnh lƣu: 50Hz.

 Ta chọn diode chỉnh lƣu cầu loại DF005S. Có Udm=50V, Idm=1A.

3.3) Khối lọc nguồn:
Sau khi qua khối chỉnh lƣu cầu thì tụ lọc cũng phải đảm bảo chịu đƣợc điện áp
lớn nhất là 19,4 V. Do đó ta chọn một tụ lọc có Umax = 25 V.
Cƣờng độ dòng điện IDC= 0,8 A.
Tần số f=50Hz.
U sau khi chỉnh lƣu: 18V.


 Ta chọn tụ lọc : 2200 µF / 25V nên ta có:
Điện áp gợn sóng( Urms ) đƣợc tính theo cơng thức:
Urms=

=

=1V

Trong đó dịng điện 1 chiều qua tải IDC( ma ), điện dung của tụ lọc C ( Mf )
Độ gợn sóng( r ):
r=

*100%= *100%=5.5%

3.4) Khối ổn áp:
Với u cầu thiết kế mạch ổn áp có thơng số nhƣ sau: công suất 10W. nguồn

cấp 220V, 50Hz, điện áp ra ổn định 12 V.
Ta chọn đèn công suất Q1 có thơng số phù hợp với u cầu đề bài. Ta có
điện áp vào đèn cơng suất Q1= 18V điện áp ra 12V, cơng suất 0.8A. vì vậy ta

chọn đèn cơng suất Q1 là con B562 có thơng số nhƣ sau: Icmax=1A; Ucemax=20V;
Ucbmax=25V; Uebmax=5V; hệ số khuyếch đại Hfe=85-240; Pcmax=0.9W; Vbe=0.7V
Dòng qua R1 là:
I= = ≈0.8 A
Sụt áp qua R1 là:
UR1=18V-12V=6 V
=>> R1=

= =7.5( )


Chọn điện trở R1 có giá trị thực trên thị trƣờng là 10 (ῼ)
Công suất của R1 là:
PR1=U*I=6*0.8=4.8 (W)
Để kích dẫn đèn cơng suất Q1 ta chọn đèn cơng suất Q2 là con BFY52 có
thơng số nhƣ sau: Icmax=1 A; Ucemax=20 V; Ucbmax=40V; Ueb=6 V; Hfe=60-142.
Chọn đèn công suất Q2 làm việc với
Icq=Ie=20mA; Vceq=1V; Vcc=12
V; S=15; Ve= 10% Vcc; Vbe=0.7 V.
R4= =

=60(ῼ)


Chọn R4 có giá trị thực tế trên thị trƣờng là 68(ῼ)
Chọn diot zener có giá trị 12V để ghim điện áp, Idm= 21 (mA)
Dòng điện vào chân B của đèn Q2 là:
Ib = =

=0.143 mA

Giá trị điện trở R3 là:
R3=


=

=490(ῼ)

Chọn điện trở R3 có giá trị thực trên thị trƣờng là 680(ῼ)


Sử dụng phƣơng pháp biến đổi thevenin ở khâu áp lấy mẫu:
R56=(S-1)*R4= 14*60=840(ῼ)
E56=Ib*R56+Vbe+Ve= 0.143*0.84+0.7+1.2≈2V
R5=R56*


= *0.84=5.4 (kῼ)

Chọn điện trở R5 có giá trị thực trên thị trƣờng là 5.6 (kῼ)
R6=

=

≈1 (kῼ)


Chọn điện trở R6 có giá trị thực trên thị trƣờng là 1 (kῼ)
Dịng điện điều khiển đèn cơng suất Q1 là;

Ib =
R2=


≈0.0153A

=
=

≈1130(ῼ)

Chọn điện trở R2 có giá trị thực trên thị trƣờng là 1.5 (kῼ)


CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC THIẾT KẾ