Thiết kế mạch nguồn dùng trong thực tập vi điều khiển

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ

THIẾT KẾ MẠCH
NGUỒN DÙNG
TRONG THỰC TẬP
VI ĐIỀU KHIỂN

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 1


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC
Trang
PHẦN I.MỞ ĐẦU................................................................................

2

PHẦN II.NỘI DUNG...........................................................................

3

CHƯƠNG I:KHÁI QUÁT CHUNG....................................................

3

I.KHÁI NIỆM CHUNG:.................................................................

3

II.SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH NGUỒN...................................................

3

III.LINH KIỆN..................................................................................

4

CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN.................. 4
I.BỘ NGUỒN ………………………………………………….. 5
II.MẠCH CHỈNH LƯU.............................................................. 6
III.MÁY BIẾN ÁP................................................................….. 10
IV.BỘ LỌC................................................................................

14

CHƯƠNG III.KẾT QUẢ VÀ MẠCH MÔ PHỎNG........................... 17
PHẦN III.LỜI KẾT............................................................................. 20

Tài liệu tham khảo
- Tài liệu chuyên ngành:

+ Kỹ thuật điện tử - Đỗ Xuân Thụ, Nxb Giáo duc, 2004
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 2


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

Lời nói đầu
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con
người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại
phục vụ công cuộc cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước. Đặc biệt góp phần vào
sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần khơng nhỏ trong sự nghiệp
xây dựng và phát triển đất nước. Những thiết bị điện,điện tử được phát triển mạnh
mẽ và được ứng dụng rỗng rãi trong đời sống cũng như sản suất. Từ những thời
gian đầu phát triển KTS đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu
việt đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến
được những cái tưởng chừng như khơng thể thành những cái có thể, góp phần nâng
cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.
Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của
môn học chúng em sau một thời gian học tập được các thầy cô giáo trong khoa
giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình
của thầy Lê Trí Quang cùng với sự lỗ lực của bản thân, em đã “THIẾT KẾ
MẠCH NGUỒN DÙNG TRONG THỰC TẬP VI ĐIỀU KHIỂN “ nhưng do
thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em cịn có hạn nên sẽ khơng thể
tránh khỏi những sai sót .Em rất mong được sự giúp đỡ & tham khảo ý kiến cảu
thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 3


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
PHẦN II:NỘI DUNG.
CHƯƠNG I:KHÁI QUÁT CHUNG.
I.Khái niệm chung:nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một
chiều cho các mạch và thiết bị điện tử hoạt động.Năng lượng 1 chiều của nó tổng

quát được lấy từ nguồn xoay chiều của điện lưới thơng 1 q trình biến đổi thực
hiện trong nguồn 1 chiều.
Vì vậy trong cuộc sống với khoa học công nghệ phát triển cùng với nó các nghành
tự động hóa và trong thực tập vi điều khiển cần có nguồn 1 chiều như nguồn 5v
dùng cho các đèn led và 12v,24v để nuôi cho IC điều khiển và chạy động cơ.
II.Sơ đồ khối mạch nguồn.

MÁY BIẾN

MẠCH

ÁP

CHỈNH

BỘ LỌC

IC NGUỒN

BỘ LỌC

LƯU

Hình 1.1:Sơ đồ khối mạch nguồn.

1.Máy biến áp dùng để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều
U2 có giá trị thích hợp.
2.Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp xoay U2 chiều thành điện áp 1
chiều không bằng phẳng U1 (có giá trị that đổi nhấp nhơ).

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 4


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ
3.Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp 1 chiều đập mạch U1 thành điện áp 1 chiều
U01 ít nhấp nhơ hơn.
4.Bộ ổn áp một chiều(IC nguồn) có nhiệm vụ ổn định điện áp(dịng điện)ở đầu của
nó U02 (It)khi U01 bị thay đổi theo sự mất ổn định của U01 hay It.
III.Linh kiện trong mạch.
1.
2.
3.
4.

Máy biến áp (hạ áp)
Diode chỉnh lưu cầu
Tụ hóa ;tụ kẹo; đèn led ;tản nhiệt. điện trở.
Ic ổn áp 7805,7812.

CHƯƠNG II:TÍNH TỐN V À LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO MẠCH.
I.BỘ ỔN ÁP.
.Để thu nhỏ kích thước cũng như chuẩn hóa các tham số của các bộ ổn áp 1 chiều
để bù tuyến tính người chế tạo ở dạng vi mạch,nhờ đó việc sử dụng dễ dàng
hơn.Các bộ IC ổn áp trên thực tế cũng bao gồm các phần chính là tạo ra bộ điện
ápchuẩn, bộ khuyếch đại tín hiệu sai lệch ,tranzito điều chỉnh ,bộ hạn chế dòng và
các IC ổn áp thường đảm bảo dòng ra khoảng từ 100mA đến 1A điện áp tới
50v,công suất tiêu tán khoảng 500-800mW . Theo đề tài đặt ra cần tạo ra 2 mức
điện áp 5v,12v và dòng 1A nên ta chọn loại IC 78xx có 3 chân nối là 7805(+5v)

và 7812(+12v).với dịng ra là 0-1A.Dùng IC 78xx ra điện áp ổn định.

 78xx gồm có 3 chân :
1 : INPUT - Chân nguồn đầu vào
2 : GROUND - Chân nối đất
3 : OUTPUT - chân nguồn đầu ra.

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 5


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
7805
Chân vào(+)

chân ra(+)

Chân nối mát(-)

7812
Chân vào(+)

chân ra(+)

Chân nối mát(-)

II.MẠCH CH ỈNH LƯU.
1.Mạch nguyên lí của bộ chỉnh lưu cầu :

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 6


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

hình 1.1:sơ đồ ngun lý mạch chỉnh lưu
Trong chỉnh lưu cầu gồm 4 diode .ta nhận thấy trong khoảng 0<

<. , điện áp

nguồn U > 0,D1 D2 cùng dẫn cịn D3 D4 bị khóa.nửa chu kì sau
,
điện áp nguồn phân cực ngược lại nên D3 D4 dẫn cịn D1 D2 bị khóa.và trong
mạch chỉnh lưu cầu có hai diode cùng bị khóa nên điện áp ngược cực đại đặt trên
hai diode giảm đi một nửa.

Vs

Vm

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 7


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

3

0

2

VL

Vm

0

3

iL

Vm/R
D1,D2

D3,D4

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

D1,D2
Page 8


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

0
2

3

Hình 1.2 đồ thị dạng sóng của mạch chỉnh lưu

Theo đề tài đặt ra ta có các thông số cơ bản Ud =12 v,Id =1 A.
Mạch chỉnh lưu có một thơng số cơ bản:
 Điện ngược của van:
Ulv = knv.U2
với:U2 = Ud/ku
với sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha knv =
Ulv =
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

;ku = 0,9 thay vào ta có:
=18 v
Page 9


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ
 Dịng điện làm việc của van:
Ilv = Ihd = khd.Id
Ta tra bảng 8.2 sách điện tử cơng suất có khd =

ta thay vào cơng thức

được:
Ilv =

= 0,7 A

Trong đó:Ulv- điện áp cực đại khi làm việc(V)
Ilv,Ihd- dòng điện làm việc và dòng điện hiệu dụng của van (A)
Ku- hệ số điện áp của sơ đồ
Khd- hệ số dòng điện hiệu dụng.
hệ số khd ,ku được tra trong bảng 8.1,8.2.sách điện tử công suất trang
(246 249.)
với các thông số làm việc ở trên và chọn điều kiện làm việc của van là có
cánh tản nhiệt với đủ diện tích tản nhiệt thích hợp, khơng quạt đối lưu khơng
khí.
Thơng số cần có trong chỉnh lưu:
Unv = kdtu.Ulv = 2.18 = 36 V.
Ta chọn kdtu = (1,6 2).
Hiệu suất chỉnh lưu: =

= 81%

Iđmv = ki.Ilv = 4.0,7 = 2,8 A.
Với điều kiện trên Ilv = (10 30) trong mạch này ta chọn Ilv = 25%Iđmv.

Để chọn được van làm việc với các thông số định mức cơ bản trên,ta tra
bảng thơng số các van điode, chọn các van có thơng số điện áp
ngược(Unv),dịng điện định mức(Iđm) lớn hơn gần nhất với thơng
số đã tính được ở trên.

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 10


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ

Theo phục lục 1 trang 651 sách điện tử cơng suất tra chọn được diode có
thơng số như sau:

Dòng điện định mức của van: Iđmv = 20 A

Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 50 V.

Độ sụt áp trên van: U = 1,1 v

Dòng điện rò rỉ: Ir = 0,1 mA.

III.MÁY BIẾN ÁP.
 Máy biến áp có thể thay đổi hiệu điện thế xoay chiều hạ thế, đầu ra cho 1
hiệu điện thế tương ứng với nhu cầu sử dụng. Máy biến áp có các máy biến
thế có cơng suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp) dùng để ổn định điện áp trong
nhà, hay các cục biến thế, cục xạc, ... dùng cho các thiết bị điện với hiệu
điện thế nhỏ (220 V sang 24 V, 12 V, 9 V, ...).

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 11


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

Hình 3.1. Hình ảnh minh họa máy biến áp

1 ) Cấu tạo máy biến áp
Máy biến áp có cấu tạo rất đơn giản nó gồm những phần sau :

cuộn dây thứ cấp
cuộn dây sơ cấp

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 12


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

Lõi sắt
Hình 3.2.Cấu tạo máy biến áp

+ Thứ 1 : Nó có 1 cuộn dây sơ cấp. Đây là cuộn dây đầu vào. Điện áp đầu
vào được đưa vào cuộn dây này.
+ Thứ 2 : Cuộn dây sơ cấp. Đây là cuộn dây đầu ra. Điện áp đầu ra được lấy
từ cuộn dây này
+ Thứ 3: Lõi sắt hay Ferit. Đây cũng là gông đỡ cho biến áp và là phần cảm
ứng giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp
Máy biến áp nó cấu tạo gồm 3 phần chính đó. Chỉ có điện áp xoay chiều mới
truyền được qua biến áp chuẩn nhất là điện áp hình sin.
2. Đại lượng của máy biến áp :
 Điện áp chỉnh lưu không tải :
Ud0 = Ud + Uv + Uba + Udn.
Ud0=12 + 1,1 + 5 + 0,7 = 18,8 v
trong đ ó: Ud - điện áp chỉnh lưu
Uv - s ụt áp tr ên c ác van (trị số này đã được chọn ở thông số van
ở trên).
∆Uba = Ur + ∆Ul.sụt áp bên trong máy biến áp khi có tải ,bao
gồm sụt áp trên điện trở ∆Ur,sụt áp trên điện cảm ∆Ul, những đại lượng này

thường chọn vào khoảng (5 10)%.
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 13


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
Udn - điện áp sụt trên dây nối.
∆Udn = Rdn.Idn =

.Id = 0,07 V.

tham khảo 1 số cách chọn mật độ dịng nhiệt J theo cơng suất
+ Với J = 4 (A/mm2) - Công suất từ (0 - 50 VA
+ Với J = 3.5 (A/mm2) - Công suất từ ( 50 - 100VA)
+ Với J = 3 (A/mm2) - Công suất từ (100 - 200VA)
+ Với J = 2.5 (A/mm2) - Công suất từ ( 200 - 250VA)
+ Với J = 2 (A/mm2) - CÔng suất từ ( 500 - 1000VA)
+ Với biến áp công suất thấp ta có thể chọn J = 5 - 10 (A/mm2)
S = = = 0,25 mm.
v ới : S,l- tiết diện và độ dài dây dẫn (mm).
= 0,0000172 .mm- điện trở suất của dây dẫn

C ông suất tối đa của tải:
Pdmax = Ud0 .Id = 18,8 . 1 = 18,8 W

C ông suất máy biến áp nguồn cấp được tính :
Sba = ks . Pdmax = 1,23.18,8 = 23 W

Trong đó :Sba -công suất biểu kiến của máy biến áp(W)

Ks -hệ số công suất theo sơ đồ mạch chỉnh lưu (tra bảng 8.2 sách điện
tử công suất)
Pdmax -công suất cực đại của tải(W)

IV.BỘ LỌC.
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 14


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
1.Cấu tạo của tụ điện: Tụ điện được cấu tạo bởi hai bản điện cực băng kim
loại. Khi ta cung cấp cho hai bản cực một điện thế thỡ khụng gian hai bản
kim loại xuất hiện một điện trường. một bản cực được tích điện dương, cịn
bản cực kia tích điện âm. Tụ diện tích lũy năng lượng dưới dạng điện trường.
Khi tăng điện áp tác dụng vào tụ điện. Lúc này năng lượng điện trường giữa
hai bản cực sẽ tăng lên. Lúc này tụ điện hoạt động với vai trò là một linh kiện
của mạch điện, nhưng nó tích lũy năng lượng. ngược lại, khi điện áp tác dụng
nên tụ điện giảm tụ điện lại cung cấp một mạch điện áp cho mạch ngoài.
Lúc này tụ điện hoạt động như một nguồn điện. quá trình xảy ra là q trình phóng
điện của tụ điện.Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hóa chất
làm điện mơi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện
môi này: tụ giấy, tụ gốm, tụ hóa…
Điện dung: Là đại lượng nói nên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện,
điện dung của tụ phụ thuộc vào điện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và
khoảng cách giữa hai bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai
bản cực .
Đơn vị của tụ điện: Fara (F), MicroFra (μF), NanoFara (nF), Picofara (pF).
2. Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ
- Tính chất quan trọng của tụ điện là tính phóng nạp của tụ, nhờ tính chất này mà tụ

có khả năng dẫn điện xoay chiều.
- Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó
về cực âm của tụ điện. Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu
- Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị
điện dung. Đây chính là giá trị điệ áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ
sẽ bị nổ.
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 15


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
- Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp
tụ điện có giá trị điện áp max cao gấp khoảng 1,4 lần.dựa vào các nguyên lý trên ta
chọn tụ 1000 F,và 104pF.

CHƯƠNG III.KẾT QUẢ VÀ MẠCH MÔ PHỎNG
1.Sơ đồ nguyên lý của mạch nguồn:

7805

AC

7812

2.Sau khi đã tính tốn và thiết kế ta có mạch hồn chỉnh như sau:

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 16

ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 17


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

3.Kiểm tra qua ơsilo và được kết quả hình ảnh như sau:

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 18


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 19


ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ

4.Kết luận :Khi hồn thiện xong em đã hiểu được quá trình làm nên một mạch
nguồn như thế nào và em cũng hiểu được nguyên lý của mạch nguồn một chiều
chạy ra cuả mạch.

PHẦN III.LỜI KẾT
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài, “THIẾT KẾ MẠCH
NGUỒN CHO THỰC TẬP VI ĐIỀU KHIỂN “.. Qua đây một phần nào cũng
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 20


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
giúp em hiểu rõ về ứng dụng của nguồn một chiều trong thực tế, giúp em biết quy
trình làm một mạch điện tử ra sao. Kết quả là em đã tự mình làm được mạch dùng
trong thực tập vi điều khiển và nhiều ứng dụng khác nữa, đồng thời hiểu được
những kiến thức cơ bản của kỹ thuật điện tử.
Trong những năm gần đây công nghệ vi điện tử phát triển rất mạnh mẽ sự ra
đời các vi mạch với mọi kích thước, đa dạng về chức năng với giá thành giảm
nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong
ngành kĩ thuật điện tử , mạch số ở những mức độ khác nhau đã và đang thâm nhập
vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng. Vì vậy sự ra đời ngành
kỹ thuật điện tử, kỹ thuật máy tính, tin học… cuốn thuyết minh này nhằm đáp ứng
nhu cầu tiếp cận với vi mạch số mục đích ứng dụng trong thực tế. Qua đồ án này
đã giúp em nhận thức được nhiều kiến thức về điện tử. Em nhận thấy kiến thức của
mình cịn rất ít và cần cố gắng rất nhiều trong thời gian tới, để hoan thiện bản thân
trước khi ra trường có một kiến thức vững chắc để giúp xã hội
Qua quá trình thiết kế, chế tạo khơng thể tránh khỏi những sai sót và khuyết
điểm. Vì vậy chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ và bạn
đọc, từ đó em có thể rút ra được những kinh nghiệm cho bản thân đồng thời tìm ra
những nhược điểm của bản thuyết minh. Qua đó sẽ giúp cuốn thuyết minh được
hoàn chỉnh hơn, tối ưu hơn .

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đình Thế

Page 21