nguồn một chiều cho các thiết bị điện tử, chương 5 doc

1
Chương 5: Nguồn ổn dòng dùng IC
tuy
ến tính
Một phương pháp khác ổn
đ
ị
nh
dòng điện có sử dụng IC
tuyến tính được cho trên hình 2.150.
2

Hình 2.150: Nguồn ổn dòng IC tuyến tính
Mạch hình 2.150 cho dòng điện I
2
ra tải không phụ thuộc
vào điện áp ra U
2
mà
ch
ỉ
được điều
ch
ỉ
nh
bởi điện áp vào U
1
nếu chọn U
1
=
U

chu
ẩ
n
thì I
2
ổn
đ
ị
nh
.
Ta hãy xác
đ
ị
nh
dòng I
2
. Tại nút
N có:
U
ra
−
U
n
−
U
n
=
0
R
2

R
3
Tại nút P
có
U
1
−
U
p
R
2
+
U
2
−
U
p
=
0
R
Tại nút A
có
U
ra
−
U
2
R
1
+

U
p
−
U
2
R
2
−
I
2
=
0
từ điều kiện U
n
=U
p
với chế độ khuếch đại của IC, U
ra
= U
2
+
U
R1
giải tìm I
2
có
I
=

1

+
R
2
+
R
3


R
+
R R
+
2R

+
1 3
−
1
3
U
3
(2-279a)
2

2R

2R R
1

2R

R
2R
R

U
2

2
bằng cách
ch
ọ
n
1
3


R
2
 1
3
1 2 
R

=
2
(
R
1
+
R

2
)
(2-279b)
có I
2
=
U
1
R
1
/
R
2
tức là
I
2
không phụ thuộc vào U
2
4
Nếu chọn R
2
>> R
1
I
≈
U
1
2
R
(2-280)

1
thì từ (2.279b) có: R
2
= R
3
Khi đó, điều
ch
ỉ
nh
chính xác R
3
có thể đạt được trở
kháng ra rất lớn và dòng điện ra I
2
không phụ thuộc vào điện áp
ra U
2
. Tuy nhiên I
2
có phụ thuộc yếu vào R
t
và để khắc phục
nhược điểm này người ta dùng các mạch phức tạp có sử dụng
2 hay nhiều IC tuyến tính, hoặc kết hợp việc dùng IC và tranzito
nguồn dòng.
2.6.5. Bộ ổn áp tuyến
tính IC
Để thu nhỏ kích thước cũng như chuẩn hóa các tham số của
các bộ ổn áp
m

ộ
t chiều kiểu bù tuyến tính người ta chế tạo
chúng dưới dạng vi mạch, nhờ đó việt
s
ử
dụng cũng dễ dàng
hơn. Các bộ IC ổn áp trên thực tế cũng bao gồm các phần chính
là bộ tạo điện áp chuẩn, bộ khuếch đại tín hiệu sai lệch, tranzito
điều
ch
ỉ
nh
, bộ
h
ạ
n
chế dòng (trong phần lớn các ổn áp đều cố bộ
hạn chế dòng).
Các IC ổn áp thường bảo đảm dòng ra khoảng từ 100mA
đến 1A điện áp t
ớ
i
50V, công suất tiêu tán khoảng 500 - 800 mw Hiện nay người ta
cũng chế tạo các IC ổn áp cho dòng tới 10A, điện áp từ 2-50V.
Các loại IC ổn áp điển hình thường dùng là: LM105, LM309,
µA723, LM323, LM345, LM350, LM337, LM338, Seri 78Hxx…
Tùy thuộc vào yêu cầu về các tham số kỹ thuật như điện áp
ra, dòng ra, hệ số
ổ
n

đ
ị
nh
điện áp, khả năng điều khiển điện áp
ra, dải nhiệt độ làm việc, nguồn cung
c
ấ
p
, độ ổn
đ
ị
nh
theo thời
gian v.v Mà người ta chế tạo ra nhiều loại (có cấu trúc
m
ạ
ch
bên trong) khác nhau, với 3 hoặc 4 chân ra giúp cho việc sử
dụng nó hết sức t
hu
ậ
n
t
i
ệ
n
.
a - Loại IC ồn áp 3 chân nối (h.2.151 (đầu ra, đầu vào và đất).
Loại này thường cho ra một điện áp cố
đ

ị
nh
. Đại diện cho loại
này là Seri 7800 hay 7900. Điện áp ra được
ch
ỉ
bằng 2 số cuối
cùng của kí hiệu. Ví dụ 7805 (ổn áp 5v) ; 7812 (+ 12V) ; 7815 (+
15V) ;
7818 (+ 18V) ; 7824
(+ 24V).
Tụ điện C = 0,1 µF để cải thiện quá trình quá độ và giữ cho điện
trở ra của mạch
đủ
5
nhỏ ở tần số cao, dòng điện ra, phổ
biến
≤
1A.
Hình 2.151: Sơ đồ nguồn ổn áp dùng IC loại
7805 (họ I
C78xx)
6
Seri 79xx tương tự như Seri 78xx nhưng cho điện áp ra âm.
b - Loại IC ổn áp bốn chân
n
ố
i
(h. 2.152): Loại này có thêm một đầu ra dùng để điều
ch

ỉ
nh
(đầu
Y).
Loại lC ổn áp này thường dùng trong những trường hợp yêu
cầu điện áp đầu ra có thể thay đổi được, hoặc cần tinh
ch
ỉ
nh
cho
thật chính xác.
Hình 2.152: Sơ đồ nguồn ồn áp 4 chân nối
(loại ,µA
78
G
)
c - Loại IC ổn áp 3 chân nối ra có điều
ch
ỉ
nh
(h. 2.153)
7
Hình 2.153a: IC ổn áp có
điều
ch
ỉ
nh
8
R
Loại này cần dùng khi điện áp ra có thể điều

ch
ỉ
nh
được.
Loại IC này thí
d
ụ
như LM 317 không có chân nối đất, mà thay
vào đố là chân Y. Nhờ có phân áp R
1
, R
2
.Dòng ra tại đầu Adj rất
nhỏ (50 – 100µA). Điện áp trên R
1
là 1,25V tức là dòng qua R
1
là 5mA. Điện áp ra có thể điều
ch
ỉ
nh
trong
kho
ả
ng


U
=
1.25


1
+
R
2

V
(2-281)
ra
 

1

Hình 2.153b: IC ổn áp có thể điều
ch
ỉ
nh
(Ở đây mức điện áp chuẩn U
ch
= 1.25V là do 1 ống ổn
áp kiểu nguồn
g
ươ
ng
dòng điện tạo ra, nằm bên trong cấu trúc
của LM317 có dạng tương tự như LM113)
Trong trường hợp cụ thể này điện áp ra cố thể điều
ch
ỉ
nh

trong
phạm vi từ 1,25V
đến
25V.
d – Để tăng dòng tải ở đầu ra người ta có thể mắc thêm tranzito
điều
ch
ỉ
nh
phối
h
ợ
p
với IC ổn áp (h.2.154a) hoặc nâng cao
điện áp đầu ra bằng cách đấu thêm Đ
z
(h.2.154b) khì đó :
U
ra
= U
ổn
9
+
U
2
10
Hình 2.154: IC ổn áp dùng thêm tranzito bổ trợ để tăng
dòng sử dụng
(a)
hay dùng điôt zener để nâng

mức U
ra
(b)
e - Cấu trúc điển hình bên trong của IC ồn áp được cho trên hình
2.155 (loại
µ
A
7800
,
µA 78G).
•
Với loại cấu trúc 3 chân ra (không có chân số 4) các điện
trở hồi tiếp R
1
, R
2
được chế tạo ngay bên trong vỏ IC
(µA7800). Còn với loại có cấu trúc 4 chân,
c
ự
c
bazơ của T2
được để ngỏ để đưa ra đấu R
1
, R
2
từ ngoài, khi đó có thể
chọn
(ho
ặ

c
điều
ch
ỉ
nh)
mức điện áp ra lấy tại chân 2 :'

R

U
ra
=
U
ch

1
+

2

R
(2-282)

1

•
Để chống hiện tượng quá tải (ngắn mạch tải hay tăng quá
mức điện áp vào) người ta đưa vào các khâu mạch bảo vệ quá
áp (dùng R
5

ĐZ
2
) và bảo vệ quá dòng (dùng R
3
, R
4
) kết hợp với
tranzito T
3
.
11
(
U
Hình 2.155 : Sơ đồ cấu trúc điển hình IC ổn áp
Dòng cực bazơ của cặp tranzito điều
ch
ỉ
nh
Darlingtơn T
’
4
T
4
được duy trì không vượt quá giới hạn I
Bmax
(cỡ vàì mA) nhờ
tác dụng phân dòng của T
3
lúc quá áp hay quá dòng. Từ đó
dòng điện lối ra : I

ra
≤
I
ramax
= β
’
β
4
.I
max
•
Bình thường T
3
ở trạng thái khóa nhờ việc chọn R
3
R
4
thích hợp. Khi sụt áp trên R
3
tăng lên do quá dòng đạt tới giá
tr
ị
U
R3
≥
0,6v, T
3
chuyển sang mở, ngăn
ng
ừ

a
sự gia tăng tiếp tục
của dòng I
’
B4
.Từ đó mức hạn chế dòng ra xác
đ
ị
nh
bởi :
I
=
0
.
6V
ramax
R
(2 - 283)
3
(chú ý rằng mức hạn dòng này
ch
ỉ
thích hợp khi U
ra
nhỏ, còn khi
U
ra
lớn nó sẽ giảm
đ
i

do ảnh hưởng của R
4
R
5
)
•
Công suất nhiệt tiêu tán cực đại trên T
’
4
T
4
xác
đ
ị
nh
từ hệ
t
h
ứ
c
P
t
=
I
ramax
và
o
↑
−
U

ra↓
)
Vì những nguyên nhân không mong muôn, mạch ra
b
ị
chập ( U
ra
12
≈
0)
I
ra
↑ hay điện áp lối vào tăng quá cao đều dẫn tới khả năng
b
ị
quá nhiệt gây hư hỏng cho T
’
4
T
4
.
M
ạ
ch
dùng ĐZ
2
và R
5
có tác dụng bảo vệ T
4

khỏi các nguyên nhân này.
- Nếu U
vào
- U
ra
<
U
z
(U
z
là giá
tr
ị
điện áp đánh thủng Zener
của ĐZ2), sẽ không có dòng qua R
5
và
ch
ỉ
mạch hạn chế
R
3
R
4
T
3
hoạt động lúc quá dòng.
13
- Nếu U
vào

- U
ra
≥
U
z
nhánh ĐZ
2
, R
5
dẫn dòng, qua
phân áp R
4
.T
5
đặt 1 điện áp
d
ươ
ng
lên T
3
làm nó mở
ngay cả khi dòng trên R3 chưa đạt tới
tr
ị
I
ramax
(và nhờ
đó làm
gi
ả

m
dòng ra kể cả khi điều kiện I
ra
≥
I
ramax
không thỏa mãn).