đồ án môn học ổn áp

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
1.Yêu cầu :
- Nghiên cứu các mạch ổn áp.
- Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch tương ứng.
2.Nội dung :
Sử dụng các linh kiện :
+ Diot Zener .
+ Transitor .
+ Opamp .
+ Ic723 .
Trong thiết kế mạch ổn áp.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp


LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay khi nền kinh tế phát triển ,nhu cầu của con người ngày càng tăng , thì
nhu cầu sử dụng điện cũng tăng theo.Chất lượng mạng lưới điện áp khó kiểm soát
và ổn định, chính thế mà tuổi thọ các thiết bị sẽ giảm đi rất nhiều.Mạch điện tử khi
hoạt động phải được bảo vệ an toàn khi có nguồn DC ổn định ,nếu không mạch
hoạt động không còn độ chính xác cao nữa.Do đó có nhiều mạch ổn áp ra đời :
mạch dùng BJT hay IC và cả vi mạch điện tử.Ngày nay các thiết bị điện tử hầu
như không thể thiếu trong mọi gia đình ,và vì thế ngành điện tử phát triển song
song với việc sử dụng chúng cần một nguồn ổn áp cố định là cần thiết.
Đề tài “ ỔN ÁP “ được sự hướng dẫn của thầy Tống Văn On .Có rất nhiều
cách đặt vấn đề , phương pháp nghiên cứu cho đề tài này .Chúng em chỉ nghiên
cứu trên cở sở lý thuyết của mạch ổn áp.

Được sự chỉ dẫn tận tình của thầy , chúng em đã hoàn thành đồ án .Tuy nhiên
do thời gian có hạn nên trong đồ án không thể tránh sai lầm và thiếu sót .Em mong
sự góp ý và sửa đổi của các thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cám ơn.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
MẠCH ỔN ÁP
I. Khái niệm :
Ổn định điện áp : là mạch điều khiển điện tử để duy trì một điện áp đầu ra
V
out
không đổi ,bất kể việc thay đổi điện áp đầu vào V
in
hay thay đổi dòng .
Thời gian đáp ứng : là khoảng thời gian mà mạch ổn áp thay đổi khi có sự
thay đổi điện áp đầu vào .
Mạch ổn định điện áp phải thoả mãn hai tiêu chuẩn : điện áp ra ổn định và thời
gian đáp ứng nhanh.
II :Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động :

1.Diot Zener :
Hình 1: Diot Zener

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Hình 2 : mạch ổn áp dùng Zener
Tác dụng linh kiện :
D

Z
: Diot Zener làm nhiệm vụ ổn áp .
R
i
:điện trở dùng để điều chỉnh sự thay đổi điện áp đầu vào.
R
t
: điện trở tải.
Nguyên lý hoạt động :
Ta có : I
i+
= I
Z
+ I
t
(định luật Kirchhop I).
V
v
= V
Ri
+ V
Z
(định luật Kirchhop II).
Nếu V
v
thay đổi thì dòng I
z
cũng thay đổi nhưng nếu thiết kế sao cho thì
V
z

=const.
Khi tải tiêu thụ dòng thấp I
L
= I
Lmin
,dòng I
i
chủ yếu chảy qua D
Z
.Ngược lại ,khi tải
tiêu thụ dòng cực đại I
L
=I
Lmax
,dòng qua D
Z
sẽ tối thiểu .
Như vậy khi chọn R
i
phải đảm đảo hai điều kiện sau:
Khi dòng tải cực đại I
L
= I
Lmax
,dòng qua D
z
là I
z
> I
min

để D
z
vẫn ổn định V
z
.
Khi dòng tải cực tiểu I
L
= I
Lmin
, dòng qua D
Z
là I
z
< I
max
để D
z
không bị phá
hỏng vì vượt quá công suất tiêu tán cho phép.
Khi hở tải, I
L
=0, nghĩa là lúc đó D
z
tiêu thụ dòng cực đại.Do đó linh kiện ổn áp
D
z
phải gánh hầu như toàn bộ dòng vào trong trường hợp này.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp

Hình 3: mạch bảo vệ tải .
Ưu điểm : mạch lắp đặt đơn giản .
Hạn chế : dòng điện tương đối nhỏ (<= 20mA ).
2. Mạch ổn áp cố định dùng Transistor.
Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho
dòng điện nhỏ ( ≤ 20mA ) . Để có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho dòng điện
mạnh hơn nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ
dưới đây.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Hình 4: Mạch ổn áp có Transistor khuyếch đại
Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện
áp tại điểm B không thay đổi và tương đối phẳng.
Nguyên lý ổn áp : Thông qua điện trở R1 và Dz gim
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 …
Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng rãi và người ta
đã sản xuất các loại IC họ LA78 để thay thế cho mạch ổn áp trên, IC LA78 có
sơ đồ mạch như phần mạch có màu xanh
của sơ đồ trên.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
IC ổn áp họ LM78…
• LA7805 IC ổn áp 5V
• LA7808 IC ổn áp 8V
• LA7809 IC ổn áp 9V
• LA7812 IC ổn áp 12V

Lưu ý :Họ IC78 chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi ráp IC trong
mạch thì U
in
> U
out
từ 3 đến 5V khi đó IC mới phát huy tác dụng.
Ổn áp tuyến tính :có bốn 4 phần chính:
1.”Phần tử chuẩn “ để cung cấp một mức điện áp ra ổn định biết trước .( V
ref
).
2.”Phần tử lấy mẫu” để lấy mẫu điện áp ra.
3. “Phần tử khuếch đại sai biệt” để so sánh mẫu điện áp ra chuẩn và tạo ra tín hiệu
sai biệt.
4.”Phần tử điều khiển” để biến đổi điện áp ra thành điện áp ra mong muốn khi
điều kiện tải thay đổi và được điều khiển bằng tín hiệu sai biệt.
Mặc dù mạch thật sự thay đổi ,nhưng chúng đều có 4 phần tử chính này.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Hình 5: mô hình ổn áp tuyến tính.
Ta sẽ quan tâm đến hai mô hình :opamp và ic723 :
3.Opamp
Hình 6: Opamp ổn áp
Tác dụng linh kiện :
+ Diot zener :.tạo V
ref
.
+ Transitor : điều khiển dòng ra,phụ thuộc vào sự thay dổi của op-amp.
+ Opamp : khuếch đại sai biệt khi có sự sai lệch ở đầu điện áp ra và điều chỉnh
điện áp V

b
của transitor.
Nguyên lý hoạt động : V
in
tăng tức thời V
out
cũng tăng . Chính vì vậy V
F1
=R
F1
*V
out
/(R
F!
+ R
F2
) cũng tăng.
V
3
= A(V
+
- V
-
) giảm -> dòng qua transitor giảm ->. Cuối cùng V
out
=I*R
load


giảm.

Đánh giá đầu ra :
+V
out
= V
z
(1+ R
F2
/R
F1
). Luôn mang giá trị dương.
+ I
out
<150mA .
Ưu điểm : rất nhạy với sự thay đổi điện áp ra.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Hạn chế : I
out
bé , V
out
dương. Mạch ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ.
4. ICs ổn áp:
a.LM723
Hình 7 : IC723
Các thông số kỹ thuật :
• I
out
max 150 mA
• V

in
từ 9.5V -37V
• 0.01% line và 0.03% load regulator
Chú thích :+line regulator là hệ số ổn áp đầu vào. Về nguyên tắc “ổn áp”
nghĩa là mọi sự thay đổi đầu vào không ảnh hưởng tới đầu ra.nhưng thực
tế không lý tưởng như vậy.Người ta định nghĩa Line ragulator là tỷ số ssộ
thay đổi điện áp ra trên một đơn vị điện áp thay đổi ở đầu vào.
Line regulator = (V
in
-V
in
’
)/(V
out
-V
out
’
).
V
’
giá trị khi V
in
thay đổi.
+load regulator là hệ số ổn áp đầu ra.Xác định bằng tỷ số thay
đổi điện áp ra trên sự thay đổi cường đọ dòng điện.
Load regulator = (V
nl
- V
fl
)/(I

nl
-I
fl
)
V
nl
,I
nl
giá trị xác định ở thí nghiệm không tải.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
V
fl
,I
fl
giá trị xác định ở thí nghiệm đủ tải.
Mạch tương đương : IC 723 gồm :
Temperature – compensated reference amplifier : chức năng hạn chế việc thay đổi
giá trị mạch khi nhiệt độ thay đổi,đẻ thực hiện chức năng nay chúng có các
transitor hệ số nhiệt âm,còn diot zener hệ số nhiệt âm,tổng hệ số nhiệt xấp xỉ bằng
không.
Error amplifier : khuếch đại sai lệch .nhờ hai transitor Q
11
,Q
12
.
Series pass transitor : bộ transitor.
Current limiter : dòng giới hạn qua transitor.
IC723 tạo ra một nguồn áp chuẩn V

ref
-Nguyên lý hoạt động : khi điện áp V
in
tăng thì tức thời

V
out
cũng tăng.V
R2
cũng tăng, do vậy đầu vào đảo của error amplifier tăng trong khi nguồn chuẩn V
ref
gắn vào đầu không đảo-> error sẽ khuyếch đại sai số giữa hai đầu của nó->khiến V
tại cực B giảm ->V
BE
giảm -> dòng qua transitor cũng giảm tương ứng, Vout=I*R
giảm.
Kết quả điện áp V
out
giảm .

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Hình 8: Mạch tương của IC723
Đánh giá đầu ra :
+ V
out
= (R1+ R2 )V
ref
/R2. nhận thấy V
out

> V
ref
.
+ I
out
=V
BE
/R4 .
Ưu điểm : tạo ra một nguồn áp chuẩn ổn định ,không phụ thuộc vào sự tăng
giảm của nguồn vào ,và nhiệt dộ .
Hạn chế : các giá trị dòng sử dụng bé , điện áp đầu ra chỉ mang điện áp
dương.
Biên pháp cải tiến :
Đối với dòng I
out
ta mắc thêm các transitor nối tiếp thành hệ Darlington .

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Hình 9: Mạch hoạt động của IC723 + 2N3055
Lưu ý : Khi dòng qua tăng lên đồng nghĩa với việc các transitor tiêu thụ công
suất càng lớn,nhiệt độ càng cao.Vì vậy cần chọn con transitor có bộ tỏa nhiệt
tốt.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Tạo điện áp V
out
âm :
Hình 10 : Mạch tạo điện áp ra âm.

III . MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG THỰC TẾ :
Mạch ổn áp được ứng dụng rộng rãi trong các bộ nguồn, như Bộ nguồn của
đàu VCD ,trong tivi màu ,trong máy tính…

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Hình 11 : mạch ổn áp tuyến tính trong tivi Sámung đen trắng.
Hình 12: mạch ổn áp tuyến tính trong tivi màu nội địa Nhật .
Lưu ý :

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
• điện áp vào phải lớn hơn điện áp ra khoảng 2-3V để nuôi các transitor
và để phong trừ độ gợn của điện áp vào.
• Các tụ C
1
,C
2
, giảm độ gợn của mạch,nó có khả năng dự trữ năng
lương.Vì vậy khi điện áp vòa giảm thì tụ C có khả năng phóng điện năng để
làm ổn định mạch.
• Ổn áp chỉ hoạt động ở điện áp một chiều,vì vậy cần có bộ phận chỉnh
lưu trước khi đi qua bộ ổn áp.
Bảng các thiết bị kèm theo :
Bảng : Datasheet ic723.

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp
Bảng : Diot Zener.
Tài liệu tham khảo :

1. The Art Of Electronics Ocr by Horowitz Hill.
2. />3. />……

LÊ ĐÌNH TƯỞNG Đồ án môn học
VP07NL Ổn áp