Thiết kế mạch nguồn ổn áp điện áp vào ac điện áp ra dc

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
BÀI BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1
Đề tài:
THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ỔN ÁP
ĐIỆN ÁP VÀO AC ĐIỆN ÁP RA DC
GVHD: Nguyễn Đức Hiệp
SVTH:
Nguyễn Vũ Bảo Quốc 11304551
1
I. TỔNG QUAN VỀ MẠCH NGUỒN
1. Nguồn Tuyến Tính
Nguồn Tuyến tính được mô tả đơn giản như hình bên trái dưới đây: Giả sử có một
tải sử dụng điện là RL với điện áp yêu cầu là Vout và điện áp vào Vin luôn bị thay đổi.
Để ổn định được điện áp cung cấp cho RL thì cần phải tạo ra một bộ điều chỉnh tuyến
tính (Linear Regulator được gọi là Nguồn Tuyến tính) nối tiếp với tải RL sao cho khi
điện áp ra trên RL tăng lên thì nó phải gánh bớt điện áp để điện áp trên tải RL vẫn luôn
luôn được giữ nguyên.
Hình 1:nguồn tuyến tính
Mạch nguồn trên đây hoạt động dựa theo nguyên tắc là nếu khi tải càng tiêu thụ
cường độ dòng điện càng lớn (tức là trở kháng của tải sẽ càng giảm) thì sụt áp lên tải sẽ
bị giảm đi khiến cho chênh lệch điện áp giữa chân E và chân B của Transistor càng tăng
lên (vì B được giữ ổn định nhờ Zener còn E bị giảm đi do tải bị sụt áp) nên theo nguyên
lý làm việc của Transistor là chênh lệch điện áp giữa B và E càng lớn thì Cường độ dòng
điện qua tiếp giáp C – E càng lớn tức là Cường độ dòng điện chạy qua tải càng tăng lên
sẽ làm cho điện áp ra tăng lên.
Ngược lại, nếu điện áp ra trên tải tăng lên thì nó sẽ khiến cho hiệu điện thế giữa B
và E của Transistor giảm xuống theo nguyên lý là chênh lệch điện áp giữa B và E càng
thấp thì Cường độ dòng điện qua cực E và cực C của Transistor càng giảm nên điện áp ra
trên tải sẽ giảm xuống sao cho có thể cân bằng được với giá trị ban đầu đã được tạo ra.

2
 Biến Thế:
Biến thế gồm 2 loại : tự ngẫu và cách ly
tự ngẫu cuộn sơ cấp
Cuộn thứ cấp
Cách ly đơn
.
đôi
Hình 2: biến thế
3
V
0v
vo
0v
vo
2. Mạch Vào Và Chỉnh Lưu
- Chỉnh Lưu + Tụ Lọc
• Mạch chỉnh lưu 1 bán kỳ 1 diode
• Mạch chỉnh lưu 2 bán kỳ 2 diode
• Mạch chỉnh lưu 2 bán kỳ 4 diode
4
• Mạch chỉnh lưu đôi ( đối xứng)
Hình 3: mạch chỉnh lưu
Sử dụng diode cầu diode để chỉnh lưu điện áp xoay chiều lấy từ biến áp ở đây ta
lấy áp ra xoay chiều có giá trị hiệu dụng 12V. Kết hợp với tụ chỉnh lưu để tạo ra điện áp
DC có giá trị Vin = * 12 = 15V. Khối này dùng một đèn led để báo hiệu có điện áp DC .
3. Ổn Áp Và Nâng Dòng
5
Hình 4: mạch ổn áp và nâng dòng
khối này làm nhiệm vụ tạo điện áp ổn định 5V ở đầu ra.Sử dụng IC 7805 chuyển

điện áp 15V đầu vào thành điện áp 5V . IC 7805 cho dòng ra định danh 1A nhưng thực tế
thì dòng ra khoảng 500mA. Nên để tạo ra nguồn cung cấp 3A ta sử dụng mạch nâng dòng
dùng BJT B688. Điện trở R4=10Ω để phân cực cho BJT dẫn ở chế độ khuếch đại.
Tụ C3,C4,C5 để lọc điện áp gợn tránh ảnh hưởng của tín hiệu cao tầng chạy về
nguồn.Led D5 để báo có áp ra.
6
4. Bảo Vệ Áp
Hình 5: mạch bảo vệ
có tác dụng bảo vệ nguồn khi điện áp đầu ra tăng vọt khỏi giá trị 5V.Thực hiện bằng
cách đóng role để ngắt mạch nguồn khỏi điện áp vào.Khi điện áp đầu ra lớn hơn 5V BJT
Q5 sẽ dẫn nhờ cầu phân áp R6,R7 diode zener D2 để ghim điện áp cực E 3,3V.Khi Q5
dẫn sẽ làm cho Q9 dẫn.BJT Q9 làm nhiệm vụ đệm dòng.Q9 dẫn dòng Ic đổ qua role làm
role đóng ngắt nguồn vào.
Hình 6: mạch mắc E chung
7
Hình trên ký hiệu của BJT pnp hướng từ E vào B, ngược lại với BJT npn. Nếu điện
áp Vi=12V=VE hoặc ngõ Vi không được kết nối thì BJT không hoạt động, không có
dòng điện qua RC vì dòng IB =0 nên dòng IC =0. Khi Vi=0V thì dòng IB xuất hiện và
xuất hiện dòng IC (từ cực E) , nếu dòng IB đủ lớn sẽ gây bão hòa BJT và điện áp
VEC gần bằng 0V hay điện áp rơi trên RC gần bằng 12V, khóa hoạt động rất tốt. Do đó,
BJT pnp thường được dùng làm phần trên trong các mạch cầu H. Một điều thú vị là mạch
điện trong hình 6 cũng là một mạch mắc E chung.
Có lẽ đã đến lúc chúng ta di thiết kết một mạch cầu H hoàn chỉnh dùng BJT. Trong
hình 10 tôi giới thiệu một cách thiết kế, đây không phải là cách duy nhất nhưng tôi sẽ
dùng mạch này trong việc giải thích và ví dụ điều khiển (nếu có). Bạn có thể “chế” lại tùy
thích miễn sao đảm bảo tất cả các BJT phải rơi vào trạng thái bão hòa khi được kích.
II. GIỚI THIỆU LINH KIỆN
1. Điện Trở ,Tụ,Cảm Biến,Diode
- Điện Trở
Hình 7: hình dạng điện trở

8
Hình 8: bảng màu điện trở
Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì
điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn.
- Tụ Điện
Hình 9: ký hiệu các loại tụ điện
9
Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn
cách bởi điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất
hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu.
Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượng điện
trường của tụ điện. Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích
luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện
xoay chiều.
Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui. Mặc dù cách hoạt
động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng điện.
Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electron ở cực này và
chuyển electron sang cực còn lại. Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra electron -
nó chỉ lưu trữ chúng. Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh. Đây là một ưu thế của nó
so với ắc qui.
- Biến Trở
Biến trở chẳng qua là điện trở mà trị số có thể thay đổi được, bằng cách vặn, xoay,
gạt qua gạt lại, … Nó có thể được gọi là biến trở, hay “chiết áp” (hay cái chia áp).
Hình 10: ký hiệu biến trở
Nhìn là thấy, để thay đổi giá trị biến trở thì ta xoay, hay vặn, hay gạt nó (tuỳ theo
cấu tạo của nó mà xài).
10
Hình 11: ký hiệu biến trở
Và biến trở thì có 3 chân, thì 1 trong các chân đó sẽ là “chân chạy”. Dùng VOM –
mode đo Ohm để xác định chân nào là “chân chạy” (điện trở giữa chân chạy và 1 trong 2

chân còn lại sẽ thay đổi khi ta vặn núm xoay).
- Diode
Hình 12: ký hiệu diode
• các loại diode
 diode bán dẫn
cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm một số chất để tăng thêm
electron tự do. Loại này dùng chủ yếu để chỉnh lưu dòng điện hoặc trong mạch tách sóng.
 diode Schottky
Ở tần số thấp, điốt thông thường có thể dễ dàng khóa lại (ngưng dẫn) khi chiều phân
cực thay đổi từ thuận sang nghịch, nhưng khi tần số tăng đến một ngưỡng nào đó, sự
ngưng dẫn không thể đủ nhanh để ngăn chặn dòng điện suốt một phần của bán kỳ ngược.
Điốt Schottky khắc phục được hiện tượng này.
 diode Zener
còn gọi là "điốt đánh thủng" hay "điốt ổn áp"
là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng. Khi sử dụng điốt
này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của điốt thì điốt
11
sẽ cho dòng điện đi qua (và ngắn mạch xuống đất bảo vệ mạch điện cần ổn áp) và đến khi
điện áp mạch mắc bằng điện áp định mức của điốt - Đây là cốt lõi của mạch ổn áp.
 diode phát quang
hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode)
là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như
điốt bán dẫn, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn
loại n.
 diode quang (photodiode)
là loại nhạy với ánh sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đại lượng điện, thường
sử dụng ở các máy ảnh (đo cường độ sáng), sử dụng trong các mạch điều khiển (kết hợp
một điốt phát quang và một điốt quang thành một cặp), các modul đầu ra của các PLC
 diode biến dung (varicap)
Có tính chất đặc biệt, đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ điện, loại

này được dùng nhiều cho máy thu hình, máy thu sóng FM và nhiều thiết bị truyền thông
khác.
 diode ổn định dòng điện
là loại điốt hoạt động ngược với Điốt Zener. Trong mạch điện điốt này có tác dụng
duy trì dòng điện không đổi.
 diode step-recovery
Ở bán kỳ dương, điốt này dẫn điện như loại điốt Silic thông thường, nhưng sang bán
kỳ âm, dòng điện ngược có thể tồn tại một lúc do có lưu trữ điện tích, sau đó dòng điện
ngược đột ngột giảm xuống còn 0.
2. LM317 VA LM337
- LM317
Bộ điều chỉnh điện áp dương ( + ) LM317
• ADJ là chân điều khiển điện áp
• Vo là điện áp đầu ra
• Vi là điện áp đầu vào
• Thông số của LM317
• Điện áp đầu vào Vi = 40V
• Nhiệt độ vận hành t
o
= 0 - 125°
• Điện áp điều chỉnh là từ 1,25v – 37v
12
• Công suất tiêu thụ lớn nhất là 20W
• Dòng điện đầu ra lớn nhất Imax = 1.5A
• Đảm bảo thông số Vi - Vo >= 3V
Việc thiết kế bộ nguồn với các IC nguồn có sẵn ngày nay đã không còn khó khăn.
Mạch thiết kế đơn giản, tính ổn đinh cao, công suất lớn. Các IC nguồn bán dẫn đã được
sử dụng nhiều trong các thiết bị, máy móc. LM317 và LM337 là hai loại IC nguồn bán
dẫn có công suất đầu ra 1.5A, điện áp đầu ra có thể điều chỉnh từ (+-1.25V ~ +-37V) với
điện áp đầu vào max là 40V. Mạch thiết kế với hai IC này sẽ đơn giản hơn, gọn nhẹ hơn,

kết nối đơn giản. Ứng dụng mạnh vào các thiết bị cần có nguồn điều chỉnh và cố định.
Đây được coi là một linh kiện chuyển đổi khá là tiện dụng. Dùng để chuyển đổi điện áp
dương từ +1.25 đến +37V. Và có khẳ năng cung cấp dòng quá 1.5A
- LM337
Bộ điều chỉnh điện áp âm (-) Lm337
.

Hình 13:hình dạng Lm337
13
• ADJ là chân điều khiển
• Vo là điện áp đầu ra
• Vi là điện áp đầu vào
Những thông số nó y hệt như Lm317 nhưng nó ở mức âm
ứng dụng của hai linh kiện lm317 va lm337
Hai linh kiện này đều là biến đổi điện áp đầu ra đối xứng nhau.Nên trong các mạch
nguồn đối xứng thường sử dụng hai linh kiện này ghép nối để tạo được ra nguồn đối
xứng cố định hay điều khiển.
Tôi lấy ví dụ 1 mạch điện điều chỉnh điện áp trong khoảng (+-1.25 đến +-20V)
3. 78xx và 79xx
Hình 14: hình dạng 78xx và 79xx
79xx là IC ổn áp tuyến tính thì nguyên lý cũng như 78xx. Chỉ khác là 78xx sử dụng cho
nguồn dương, 79xx sử dụng cho nguồn âm.
Ngõ vào (Input): chân 2
Ngõ ra(output): chân 3
Chân1 nối (GND).
14
4. BJT
Hình 12: ký hiệu BJT
• NPN
vc>vb>ve

vbf=(0.2;0.7)
áp:
vbqvc
vbqvce
dòng:
ibqic
ibqic
• PNP
Ve>vb>vc
Vbe=(00.01) ngưng dẫn
Vbe=(0.20.6)khếch đại
Vbe=(0.70.7)bão hòa
áp
vbqve
vbqve
dòng
ibqie
ibqi
15
5. ĐIỀU CHỈNH NGUỒN
- nguồn vào(vi) nguồn ra(vo)
nguồn ổn áp dùng 78xx 79xx
Sử dụng kết hợp 78xx với 79xx tạo nguồn đối xứng
• -78xx Ổn định điện áp dương. xx là giá trị điện áp đầu ra chẳng hạn 7805: 5V,
7809:9V nguồn vào ac nguồn ra dc(+)dương.
• 79xx Ổn định điện áp âm, xx là giá trị điện áp đầu ra chẳng hạn 7905:-5V, 7909:-
9V, nguồn vào ac nguồn ra dc(-)âm
- nguồn ổn áp dùng lm317 và lm337
16
• lm317: Ổn định điện áp dương.

• lm337: Ổn định điện áp âm.
Chân 1: Chân hồi tiếp để điều chỉnh điện áp ra;
Chân 2: Điện áp ra đã được giữ ổn định để cấp cho tải;
Chân 3: Điện áp vào cung cấp cho mạch hoạt động.
Để có thể tạo ra được một Bộ nguồn hai cực tính âm và dương hoàn toàn có thể thực
hiện được nhờ hai IC LM 317 và LM337 (LM337 và LM317 hoạt động đối nghịch
nhau tương tự như 78xx và 79xx)
17