Đồ án 1 Mạch nguồn thay đổi từ 030V dòng từ 5A trở lên

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang i

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu nhà trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều
kiện tốt nhất cho em học tập và nghiên cứu.
Khoa Điện-Điện tử, thư viện trường đã cung cấp giáo trình và nhiều tài liệu
tham khảo cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu môn học.
Sự hướng dẫn và giúp đỡ chi tiết tận tình của thầy giáo Th.s Trương Ngọc
Anh cùng một số thầy cô giáo khoa Điện tử đã tận tình giảng giải và phân tích rõ
về những vấn đề thắc mắc trong quá tình nghiên cứu và thi công làm mạch.
Cảm ơn các bạn và anh chị khóa trước đã nhiệt tình giúp đỡ.
Mặc dù rất cố gắng trong quá trình tìm hiểu nhưng do kiến thức còn hạn chế
nên không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự góp ý, nhận xét đánh
giá về nội dung cũng như hình thức trình bày của các thầy cô về Đồ án của em để
em biết và hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!





TP.HCM , Ngày 01 tháng 05 năm 2014
Sinh viên thực

Cao Vũ Bảo














ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang ii

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………………………………………………

TP.HCM, Ngày… tháng… năm 2014
Giáo viên hướng dẫn









ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang iii

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii
MỤC LỤC iii
MỤC TIÊU, PHÂN TÍCH YÊU CẦU NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 1
1. Mục tiêu 1
2. Yêu cầu và nhiệm vụ của đề tài 1
3. Phương pháp thực hiện 1
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 2
1.1. LỜI MỞ ĐẦU 2
1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3
1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4
2.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN MỘT CHIỀU 4
2.1.1. Khái niệm 4
2.1.2. Sơ đồ và chức năng các khối của một bộ nguồn cơ bản 4
2.2. CHI TIẾT KHỐI NGUỒN 5
2.2.1. Biến áp nguồn 5
2.2.2. Chỉnh lưu 5
2.2.2.1. Mạch chỉnh lưu cầu 5
2.2.3. Lọc các thành phần nguồn điện ra tải 6
2.2.3.1. Lọc bằng tụ điện 7
2.2.3.2. Lọc bằng cuộn cảm 8
2.2.3.3. Bộ lọc hình hình L ngược và hình

8
2.2.3.4. Bộ lọc cộng hưởng 9

2.2.4. Ổn định điện áp 10
2.2.4.1. Nguyên tắc mạch ổn áp có hồi tiếp 10
2.2.4.2. Bộ ổn áp tuyến tính IC 13
2.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LINH KIỆN SỬ DỤNG 14
2.3.1. KHÁI NIỆM VỀ IC 14
2.3.2. CÁC LINH KIỆN CẦN DÙNG 14
2.3.2.1. IC ổn áp LM723 14
2.3.2.2. Transistor công suất 2N3055. 22
2.3.2.3. Transistor 2N2222A. 25
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 28
3.1. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 28
3.1.1. Sơ đồ khối của hệ thống 28
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang iv

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
3.1.2. Thiết kế chi tiết từng khối 29
3.1.2.1. Khối biến áp 29
3.1.2.2. Khối chỉnh lưu 29
3.1.2.3. Bộ lọc nguồn 30
3.1.2.4. Khối ổn định điện áp một chiều và bảo vệ quá dòng. 30
3.1.2.5. Khối nâng dòng 32
3.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH 34
3.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 35
3.3.1. Mạch nguyên lý mô phỏng bằng proteus. 35
3.3.2. Mạch in. 37
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 38
4.1. KẾT LUẬN – KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 38
4.1.1. Kết luận 38
4.1.2. Kết quả đạt được 38
4.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ĐỀ NGHỊ 39

4.2.1. Hướng phát triển. 39
4.2.2. Đề nghị 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO 40






















ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 1

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO

MỤC TIÊU, PHÂN TÍCH YÊU CẦU NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG

PHÁP THỰC HIỆN

1. Mục tiêu

Hoàn thành được đề tài được giao theo đúng yêu cầu và thời gian quy
định, sản phẩm phải gọn nhẹ, hiệu quả ứng dụng cao và kinh tế, dễ lắp ráp
và thay thế. Qua đó có thể hiểu biết thêm về các linh kiện cũng như ứng dụng
của chúng vào thực tế.

2. Yêu cầu và nhiệm vụ của đề tài

Thiết kế một mạch nguồn một chiều có ngõ ra thay đổi từ 0V đến 30 V,
dòng điện 5A, có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng sử dụng các linh kiện có
sẵn trên thị trường, thi công phân tích nguyên lí hoạt động của mạch. Từ đó
đưa vào thực tế.

3. Phương pháp thực hiện

Trước hết phải phân tích yêu cầu của đề tài được giao. Nắm bắt rõ được
mục đích và yêu cầu của đề tài. Để từ đó có cơ cở bắt tay vào tìm tòi và sưu
tầm mạch của một số anh chị khóa trước cũng như tìm hiểu thêm trên mạng
internet để từ đó làm cơ sở cho việc xây dựng và thiết kế đề tài cho mình.
Khi có cơ sở thì bắt tay vào công việc xây dựng lên mạch trên mô hình
vừa tìm hiểu, chọn lọc và thiết kế theo nhiều phương án để tìm ra phương án
tối ưu nhất cho việc thiết kế và thi công sau này.
Sau khi đã xây dựng mạch chạy được trên mô hình thì bắt tay vào xây
dựng mạch thực tế sao cho hiệu quả kinh tế nhất.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 2

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP


1.1. LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta thấy các ngành k thuật công ngiệp giờ đây đang rất phát triển,
nhất là ngành k thuật điện tử đóng vai trò quan trọng trong lnh vực khoa
học k thuật do đó chúng ta cần phải có những hiểu biết, nắm rõ, và biết cách
vận dụng nó trong đời sống thực tiễn. Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa
học công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ được ứng dụng rộng rãi trong
hầu hết các lnh vực kinh tế-xã hội cũng như đời sống. Trong tất cả các thiết
bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp là một vấn đề quan trọng nhất quyết định
đến sự làm việc ổn định của hệ thống. Hầu hết các thiết bị điện tử đếu sử
dụng các nguồn điện một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao.
Hiện nay kỹ thuật chế tạo các nguồn điện ổn áp cũng đang là một khía cạnh
đang được nghiên cứu và và phát triển với mục đích tạo ra các khối nguồn
có công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ.
Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn điện một chiều ổn áp
và củng cố lại kiến thức đã được học và áp dụng thực hành trong thực tế, nên

em đã chọn đề tài: “Thiết kế bộ nguồn có ngõ ra điều chỉnh được từ 0V
đến 30V/5A” để qua đó tìm hiểu k hơn về nguyên lý hoạt động của các
mạch nguồn đồng thời củng cố thêm trong thiết kế các mạch điện tương tự.



TP.HCM, Ngày 01 tháng 05 năm 2014
Sinh viên thực hiện


Cao Vũ Bảo










ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 3

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO

1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, các thiết bị điện tử đã và đang được ứng dụng ngày càng rộng
rãi trong hầu hết các lnh vực đời sống phục vụ nhu cầu con người. Một phần
quan trọng không thể thiếu trong các mạch điện tử hiện nay để giúp các thiết

bị và linh kiện điện tử hoạt động đó là nguồn nuôi, đây là vấn đề quan trọng
nhất ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của cả hệ thống. Hầu hết các thiết bị
điện tử đều hoạt động với các nguồn điện một chiều được ổn áp với độ chính
xác và ổn định cao. Hiện nay kỹ thuật chế tạo các nguồn điện ổn áp cũng là
một khía cạnh đang được nghiên cứu và phát triển với mục đích tạo ra khối
nguồn có công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ.

Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn điện một chiều ổn
áp và củng cố lại kiến thức đã được học và áp dụng thực hành trong thực tế,
nên em đã chọn đề tài: “Thiết kế bộ nguồn có ngõ ra điều chỉnh được từ
0V đến 30V/5A” để qua đó tìm hiểu k hơn về nguyên lý hoạt động của các
mạch nguồn đồng thời củng cố thêm trong thiết kế các mạch điện tương tự.

1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Thiết kế mạch nguồn có điện áp ngõ ra điều chỉnh được từ 0V đến 30V,
có dòng ngõ ra đạt 5A. Có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng sử dụng IC số
LM723 và các linh kiện có sẵn trên thực tế thi công và phân tích nguyên lý
hoạt động của mạch.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 4

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO

BIẾN ÁP
MẠCH
CHỈNH
LƯU


BỘ LỌC

ỔN ĐỊNH
MỘT
CHIỀU


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN MỘT CHIỀU

2.1.1. Khái niệm

Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các

mạch và các thiết bị điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều của nó tổng
quát được lấy tử nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua một quá trình
biến đổi được thực hiện trong nguồn một chiều.

Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ra ít phụ thuộc vào điện áp ngõ
vào và nhiệt độ. Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định (ổn
áp, ổn dòng). Các mạch cấp nguồn cổ điển thường dùng biến áp nên kích
thước và trọng lượng của nó khá lớn. Ngày nay người ta có xu hướng dùng
các mạch cấp nguồn không có biến áp.

2.1.2. Sơ đồ và chức năng các khối của một bộ nguồn cơ bản

Sơ đồ khối của một mạch nguồn hoàn chỉnh được biểu diễn như sau:

I
R



U
1
~ U
2
~ U
T
U
O1
U
O2
R

T



Hình 1.1: Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh

- Biến áp dùng để biến đổi điện áp xoay chiều U
1
thành điện áp xoay chiều U
2
có giá trị thích hợp với yêu cầu.

- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U
2
thành điện áp
một chiều không bằng phẳng U
T
(có giá trị thay đổi nhấp nhô).

- Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch U
T
thành điện áp
một chiều U
O1
ít nhấp nhô hơn.

- Bộ ổn áp một chiều có nhiệm vụ ổn định điện áp đầu ra của nó U
O2
khi U
O1

thay đổi theo sự mất ổn định của U
O2
.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 5

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
Tùy theo yêu cầu và điều kiện cụ thể mà bộ chỉnh lưu có thể mắc theonhững
sơ đồ khác nhau và dùng các van chỉnh khác nhau. Bộ chỉnh lưu công suất
vừa và lớn thường dùng mạch chỉnh lưu ba pha. Dưới đây ta sẽ khảo sát
từng khối nêu trong bộ nguồn một chiều.


2.2. CHI TIẾT KHỐI NGUỒN

2.2.1. 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 với mạch chỉnh lưu và ngăn cách
mạch chỉnh lưu với mạng điện xoay chiều về một chiều.



Hình 1.2: Biến áp nguồn

2.2.2. Chỉnh lưu

Các phần tử tích cực dùng để chỉnh lưu là các phần tử có đặc tuyến
Volt-Ampe không đối xứng sao cho dòng điện đi qua nó chỉ đi qua một chiều.
Người ta dùng chỉnh lưu Silic, để có công suất nhỏ hoặc trung bình cũng có
thể dùng chỉnh lưu Selen. Để có công suất ra lớn (>100W) và có thể chỉnh
điện áp ra tùy ý, người ta dùng Thyristor để chỉnh lưu.

Các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp là chỉnh lưu nữa chu kỳ, sơ đồ chỉnh
lưu hai nữa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu cầu mà trong đó sơ đồ chỉnh lưu cầu có
nhiều ưu điểm hơn cả.
Mạch chỉnh lưu phải có hiệu suất (tỉ số giữa công suất ra và công suất
hữu ích ở đầu vào) cao, ít phụ thuộc vào tải và độ gợn sóng của điện áp ra
nhỏ.

2.2.2.1. Mạch chỉnh lưu cầu

Sơ đồ cầu thường được dùng trong trường hợp điện áp xoay chiều tương
đối lớn. Tuy cùng là sơ đồ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ nhưng nó ưu việt hơn sơ
đồ cân bằng ở chỗ cuộn thứ cấp được sử dụng toàn bộ trong hai nữa chu kì
của điện áp vào và điện áp ngược dật lên diode trong trường hợp này chỉ
bằng một nữa điện áp ngược đặt lên trong sơ đồ cân bằng. Điện áp ra cực đại
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 6

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
khi không tải: U
r
= U
2
– 2U
n
ngha là nhỏ hơn chút ít so với điện áp ra trong
sơ đồ cân bằng vì ở đây luôn có hai diode mắc nối tiếp.



Hình 1.3: Mạch chỉnh lưu cầu

Ta thấy rằng trong từng nữa chu kỳ của điện áp thứ cấp U
2
, một cặp diode
có anode dương nhất và cathode âm nhất mở, cho dòng điện một chiều qua
R, cặp diode còn lại khóa và chịu một điện áp ngược cực đại bằng biên độ
U
2m
. Ví dụ ứng với nữa chu kỳ dương của U
2
, cặp diode D
1
D
3
mở, D
2
D
4
khóa.
Rõ ràng điện áp ngược dặt lên van lúc khóa có giá trị bằng một nữa so với
sơ đồ chỉnh lưu cân bằng đã xét trên, đây là ưu điểm quan trọng nhất của sơ
đồ cầu. Ngoài ra kết cấu thứ cấp của biến áp nguồn đơn giản hơn.
Trong sơ đồ 1.3 nếu nối đất điểm giữa biến áp và mắc thêm tải ta có mạch
chỉnh lưu có điện áp ra hai cực tính như hình 1.4. Đây thực chất là hai mạch
chỉnh lưu cân bằng.



Hình 1.4: Chỉnh lưu điện áp ra hai cực tính

2.2.3. Lọc các thành phần nguồn điện ra tải

Trong các mạch chỉnh nói trên điện áp hay dòng điện ra tải tuy có cực
không đổi, nhưng 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 lưu.
Một cách tổng quát khi tải thuần trở, dòng điện tổng hợp ra tải là:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 7

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
i
t
= I
0
+
 


 



+
 


 




Trong đó I

0
là thành phần một chiều và
 


 



+
 


 




là tổng các sóng hài xoay chiều có giá trị, pha và tần số khác nhau phụ thuộc
vào loại mạch chỉnh lưu. Vấn đề đặt ra là phải lọc các thành phần sóng hài
này để cho i
t
ít đập mạch, vì các sóng hài này gây ra sự tiêu thụ năng lượng
vô ích và gây nhiễu loạn cho sự làm việc của tải.
Trong mạch chỉnh lưu hai nữa chu kỳ thành phần một chiều I
0
tăng gấp đôi
so với mạch chỉnh lưu nửa chu kì, thành phần sóng hài cơ bản (n=1) bị triệt
tiêu chỉ còn các sóng hài bậc từ n=2 trở lên. Vì vậy mạch chỉnh lưu hai nữa
chu kỳ có tác dụng lọc bớt sóng hài.

Người ta định ngha hệ số đập mạch K
p
của bộ lọc:














K
p
càng nhỏ thì chất lượng bộ lọc càng cao.
Người ta đã tính toán được rằng khi chỉnh lưu nữa chu kỳ K
p
= 1.58, khi
chỉnh lưu hai nữa chu kỳ K
p
= 0.667.
2.2.3.1. Lọc bằng tụ điện

Trường hợp này đã được nêu ra trong trường hợp tải điện dung của mạch
chỉnh lưu. Nhờ có tụ nối song song với tải, điện áp ra tải ít nhấp nhô hơn.

Hình 1.5: Lọc bằng tụ điện
Do sự phóng và nạp tụ qua các 1/2 chu kỳ và do các sóng hài được rẽ qua
mạch C xuống điểm chung, dòng điện ra tải chỉ còn thành phần một chiều và
C Rt Ur
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 8

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
một lượng nhỏ sóng hài bậc thấp. Việc tính toán hệ số đập mạch của bộ lọc
dẫn tới kết quả:
t
P
CR
K

2


Ngha là tác dụng lọc càng rõ rệt khi C và R
t
càng lớn (R
t
tiêu thụ dòng
điện nhỏ). Với bộ chỉnh lưu dòng điện công nghiệp (tần số 50Hz hay 60Hz),
giá trị của tụ C thường có giá trị từ vài
F

đến vài nghìn
F


(tụ hóa).
2.2.3.2. Lọc bằng cuộn cảm
Mạch lọc bằng cuộn cảm L được biểu diễn như sau:

Hình 1.6: Lọc bằng cuộn cảm
Cuộn cảm L được mắc nối tiếp với tải R
t
nên khi dòng điện i
t
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 bạc n có tần số càng cao sẽ bị cuộn cảm L chặn càng
nhiều. Do đó dòng điện ra tải chỉ có thành phần một chiều
0
I
và một lượng
nhỏ sóng hài.Đó chính là tác dụng lọc của cuộn L.
Hệ số đập mạch của bộ lọc dùng cuộn L là:
L
R
K
t
P

3


Ngha là tác dụng lọc của cuộn L càng tăng khi R
t

càng nhỏ (tải tiêu thụ
dòng điện lớn).Vì vậy bộ lọc này thích hợp với mạch chỉnh lưu công suất
vừa và lớn.
Giá trị của cuộn cảm L càng lớn thì tác dụng càng tăng, tuy nhiên cũng
không nên dùng L quá lớn, vì khi điện trở một chiều của cuộn L lớn, sụt áp
một chiều trên nó tăng và hiệu suất của bộ chỉnh lưu giảm.
2.2.3.3. Bộ lọc hình hình L ngược và hình


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 nhô. Để tăng tác dụng lọc có thể mắc nối tiếp 2 hay 3 mắt
Rt Ur
L
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 9

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
lọc hình

với nhau.Khi đó dòng điện và điện áp ra tải gần như bằng phẳng
hoàn toàn.



Hình 1.7: Lọc hình L ngược


Hình 1.8: Lọc hình


Trong một số trường hợp để tiết kiệm và giảm kích thước, trọng lượng
của bộ lọc ta có thể thay cuộn cảm L bằng R trong mắt lọc hình L ngược hay
hình

. Lúc đó R gây sụt áp cả thành phần một chiều trên nó dẫn tới hiệu
suất và chất lượng của bộ lọc thấp hơn dùng cuộn L. Thường người ta chọn
giá trị R sụt áp một chiều trên nó bằng (10 - 20) % U
0
khoảng vài

đến vài
k
.
2.2.3.4. Bộ lọc cộng hưởng
Hình 1.9.a, biểu diễn bộ lọc cộng hưởng dùng mạch cộng hưởng song
song L
k
C
k
mắc nối tiếp với tải R
t
nhờ vậy sẽ chặn sóng hài có tần số bằng






Rt Ur
L

C1 C2
Rt Ur
L
C
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 10

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
tần số cộng hưởng của nó. Ngoài ra tụ C
2
còn có tác dụng lọc thêm.

Hình 1.9: Các bộ lọc cộng hưởng
Hình 1.9.b biểu diễn bộ lọc cộng hưởng dùng mạch cộng hưởng nối tiếp
L
k
C
k
mắc song song với tải R
t
.Ở tần số cộng hưởng nối tiếp của mạch L
k
C
k

trở kháng của nó rất nhỏ nên nó ngắn mạch các sóng hài có tần số bằng hay
gần bằng tần số cộng hưởng.Ngoài ra cuộn L còn có tác dụng lọc thêm.
2.2.4. Ổn định điện áp
Nhiệm vụ ổn định điện áp (gọi tắt là ổn áp) một chiều ra tải khi điện áp
và tần số điện lưới thay đổi, khi tải biến đổi (nhất là đối với bán dẫn) rất
thường gặp trong thực tế.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 lưu.
Việc ổn định điện áp xoay chiều có nhiều hạn chế nhất là khi điện áp lưới
thay đổi nhiều.Dùng bộ ổn áp một chiều bằng phương pháp điện tử được 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.
Các dạng bộ ổn áp trên thực tế được 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) và ổn áp xung.
Trong phạm vi của đồ án này chúng ta chỉ xét đến mạch ổn áp có hồi tiếp
với nguyên tắc thực hiện các sơ đồ ổn áp có hồi tiếp, phân loại và một số loại
IC ổn áp tuyến tính.

2.2.4.1. Nguyên tắc mạch ổn áp có hồi tiếp
Rt
L
Ck
C2
Rt
Lk
Ck
L
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 11

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
Để nâng cao chất lượng ổn định, người ta dùng bộ ổn áp kiểu bù tuyến
tính (còn gọi là ổn áp so sánh hoặc ổn áp có hồi tiếp). Nguyên tắc làm việc
của các sơ đồ ổn định có hồi tiếp được biểu diễn như sau

Hình 1.10: Sơ đồ khối minh họa nguyên tắc làm việc của các

mạch ổn định có hồi tiếp
Trong mạch này, một phần điện áp (dòng điện) ra được đưa về so sánh
với một giá trị chuẩn.Kết quả so sánh được khuếch đại lên và đưa đến phần
tử điều khiển. Phần tử điều khiển thay đổi tham số làm cho điện áp (dòng
điện) ra trên nó thay đổi theo xu hướng tiệm cận đến giá trị chuẩn.
Hình sau minh họa phương pháp lấy tín hiệu đưa về mạch so sánh khi ổn
ápvà ổn dòng.

Hình 1.11: Cách lấy tín hiệu đưa về bộ so sánh
a. Khi ổn áp b. Khi ổn dòng.
Có thể thấy rằng, tất cả các nguồn áp (R
i
<<) và nguồn dòng (R
i
>> )
được thực hiện theo phương pháp hồi tiếp, đều là những mạch ổn áp hoặc ổn
dòng. Tuy nhiên do yêu cầu về mặt công suất nên, nên trong các sơ đồ ổn áp
PHẦNTỬ
ĐIỀU KHIỂN

BỘ KHUẾCH
ĐẠI

BỘ SO SÁNH

(Điện áp một chiều
chưa ổn định)

U
’

U
r
NGUỒN
CHUẨN

Điện áp
đưa về bộ
so sánh


Điện áp
đưa về bộ
so sánh

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 12

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
hoặc ổn dòng còn có thêm một bộ khuếch đại công suất mắc trong mạch hồi
tiếp.
Tùy theo phương pháp cấu trúc, các sơ đồ ổn định có hồi tiếp được chia
thành hai loại cơ bản: ổn định song song và ổn định nối tiếp.
Sơ đồ khối bộ ổn áp kiểu song song được cho ở hình 1.12.a, nguyên lý
làm việc của loại sơ đồ này như sau: Phần tử điều chỉnh D điều tiết dòng điện
trong giới hạn cần thiết qua đó điều chỉnh giảm áp trên điện trở R
d
theo xu
hướng bù lại: U
2
= U
1

- U
Rd
, do đó điện áp ra tải được giữ không đổi. Bộ tạo
điện áp chuẩn đưa E
ch
vào so sánh với điện áp ra U
2
ở bộ so sánh và độ sai
lệch giữa chúng được khuếch đại nhờ khối khuếch đại Y. Điện áp ra của Y
sẽ khống chế phần tử điều chỉnh D. Sự biến đổi dòng điện từ 0

I
tmax
sẽ gây
nên sự biến đổi tương ứng dòng điện qua phần tử điều chỉnh từ I
tmax

0.

Hình 1.12: a. Sơ đồ khối bộ ổn áp mắc song song
b. Sơ đồ khối bộ ổn áp mắc nối tiếp
Hình 1.12.b biểu thị sơ đồ khối bộ ổn áp bù mắc nối tiếp, trong đó phần
tử điều chỉnh D được mắc nối tiếp với tải, do đó dòng điện chạy qua tải cũng
gần bằng dòng điện chạy qua D. Nguyên lý họat động của bộ ổn áp dựa trên
sự biến đổi điện trở trong của phần tử điều chỉnh D theo mức độ sai lệch của
điện áp ra (sau khi đã được so sánh và khuếch đại). Ví dụ do nguyên nhân
nào đó làm cho U
2
biến đổi, qua mạch so sánh và khuếch đại Y tín hiệu sai
lệch sẽ tác động vào phần tử điều chỉnh D làm cho điện trở của nó biến đổi

D
Y
E
c
U
R
U
U
D
Y
E
c
U
R
I
U
I
a
.
b
.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 13

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
theo chiều hướng là U
đc
trên hai cực của D bù lại sự biến đổi của U
1
. Khi đó
ta có U

2
= U
1
- U
đc
do có sự biến đổi cùng chiều giữa U
1
và U
đc
, U
2
sẽ ổn
định hơn.
Trong hai sơ đồ trên, phần tử điều chỉnh gây ra tổn hao chủ yếu về năng
lượng trong bộ ổn áp và làm cho hiệu suất của bộ ổn áp không vượt quá được
60%.
Trong sơ đồ mắc song song, công suất tổn hao chủ yếu xác định bằng
công suất tổn hao trên R
d
và trên phần tử điều chỉnh D là:
  
DDtth
IUIIUUP
221


 
Dtt
IUIUU
12



Trong sơ đồ mắc nối tiếp, công suất tổn hao chi do phần tử điều chỉnh
quyết định:
 
ttth
IUUP
2


Vậy sơ đồ nối tiếp có tổn hao ít hơn sơ đồ song song một lượng là U
t
I
d

nênhiệu suất cao hơn và nó được dùng phổ biến hơn
Ưu điểm của sơ đồ song song là không gây nguy hiểm khi quá tải vì nó
ngắn mạch đầu ra.Sơ đồ nối tiếp yêu cầu phải có thiết bị bảo vệ vì khi quá
tải, dòng qua phần tử điều chỉnh và qua bộ chỉnh lưu sẽ quá lớn gây nên hỏng
phần tử điều chỉnh hoặc biến áp.
2.2.4.2. Bộ ổn áp tuyến tính IC
Để thu nhỏ kích thước cũng như chuẩn hóa các các tham số của các bộ ổn
áp một chiều kiểu bù tuyến tính người ta chế tạo chúng dưới 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 thường đảm bảo dòng ra khoảng từ 100mA đến 1,5A điện
áp tới 50V, công suất tiêu tán khoảng 500 - 800 mW.Hiện nay người ta cũng
chế tạo các IC ổn áp cho dòng tới 10A. Các loại IC ổn áp điển hình thường
dùng là: serial 78xx hay 79xx, LM 105, LM 309,


A 723, LM323, LM 317,
LM 337, LM 2576…
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 14

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
Tùy thuộc vào tham số kỹ thuật như 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 người ta chế tạo ra nhiều loại khác
nhau.
2.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LINH KIỆN SỬ DỤNG
2.3.1. KHÁI NIỆM VỀ IC
IC (Intergrated – Circuit) là một mạch điện tử mà các thành phần tác
động và thụ động, được chế tạo kết tụ trong hoặc trên một đế (Subtrate) hoặc
không tách rời nhau được. Đế này có thể là một phiến bán dẫn (hầu hết là Si)
hoặc một phiến cách điện.
Một IC thường có kích thước dài rộng cỡ vài trăm micrô được đựng trong
một vỏ bằng kim loại hoặc bằng plastic. Những IC như vậy thường là một
bộ phận chức năng (Function device) tức là một bộ phận có khả năng thực
hiện một chức năng điện tử nào đó.Sự tích hợp (Integration) các thành phần
của mạch điện tử cũng như các bộ phận cấu thành của một hệ thống điện tử
vẫn là hướng tim tòi và theo đuổi từ lâu trong nghành điện tử. Nhu cầu của
sự kết tụ phát minh từ sự kết tụ tất nhiên của các mạch và hệ thống điện tử
theo chiều hướng từ đơn giản đến phức tạp, từ nhỏ đến lớn, từ tấn số thấp
(tốc độ chậm) đến tần số cao (tốc độ nhanh). sự tiến triển này là hậu quả tất
yếu của nhu cầu ngày càng tăng trong việc xử lý lượng tin tức (Information)
ngày càng nhiều của xã hội phát triển.
2.3.2. CÁC LINH KIỆN CẦN DÙNG
2.3.2.1. IC ổn áp LM723
 Mô tả về LM723.

LM723 là IC tích hợp điều chỉnh điện áp có 14 chân hoạt động ở mức
điện áp DC ngõ vào từ 9.5V đến 40V và điện áp DC ngõ ra điều chỉnh được
từ 2V đến 37V, nếu ta thay đổi cách mắc trên LM723 thì có thể điều chỉnh
mức áp ngõ ra xuống 0V. Bản thân IC có thể cho dòng ngõ ra đến 150mA
khi không sử dụng các transistor kéo lên, tuy nhiên ta có thể dùng các
transistor công suất kéo lên để đưa dòng lên đến hơn 10A và transistor
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 15

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
thường được dùng để kéo dòng lên là các transistor như: 2N3055 hoặc
MJ2955, trong đồ án môn học này em sử dụng transistor 2N3055.
 Hình ảnh về LM723:

Hình 1.13. Hình dạng LM723

 Sơ đồ chân của IC ổn áp LM723

Hình 1.14. Sơ đồ chân của IC ổn áp LM723
 Chức năng các chân của IC ổn áp LM723
- Chân 7 nối mass (V
-
) và chân 12 nối nguồn (V
+
).
- Chân 6 là ngõ ra của mức áp chuẩn (V
REF
).
- Chân 5 là ngõ vào không đảo của tầng khuyếch đại so áp.
- Chân 4 là ngõ vào đảo của tầng khuyếch đại so áp.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 16

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
- Chân 2 và chân 3 là chân B và chân E của transistor dùng làm mạch bảo vệ
tránh quá dòng.
- Chân 11 là ngõ ra lấy trên chân C của transistor.
- Chân 10 là ngõ ra lấy trên chân E của transistor.
- Chân 13 là ngõ ra của tầng so áp và cũng là chân B của transistor nó có tác
dụng tạo hồi tiếp cho tầng so áp, và cũng dược dùng làm mạch ngắt áp của
mạch bảo vệ quá dòng.
- Chân 9 (V
Z
) tạo chức năng ổn áp cho chân E của transistor ngõ ra.
- Chân 1 và chân 8 thường bỏ trống.
 Sơ đồ nguyên lý của LM723

Hình 1.15. Sơ đồ mạch nguyên lý của IC ổn áp LM723.
 Giá trị ngưỡng hoạt động của LM723

Hình 1.16. Ngưỡng hoạt động của LM723.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 17

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
LM723 hoạt động ở những giá trị tối đa được giới hạn trên hình 1.16, với
điện áp vào tối đa là 40V, dòng ngõ ra trên chân số 10 đạt 150mA, IC hoạt
động ở khoảng nhiệt độ từ -65 đến 150 độ C. Khi các giá trị hoạt động cung
cấp cho IC vượt quá giới hạn trên thì sẽ gây ra cự cố cho IC cũng như ảnh
hưởng đến mạch liên quan.
 Đặc tính của LM723

Hình 1.17. Đặc tính của LM723.

 Đặc tính của LM723C

Hình 1.18. Đặc tính của LM723C.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 18

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
 Hoạt động của IC ổn áp LM723
IC ổn áp LM723 là một mạch tích hợp điều chỉnh điện áp khá thông dụng
hiện nay, mạch gồm một khối tạo điện áp so sánh hay điện áp tham khảo
(Vref), khối khuyếch đại sai lệch điện áp sử dụng các opamp và cuối cùng là
chuỗi các transistor tích hợp bên trong. Để trình bày chi tiết về hoạt động của
IC ổn áp LM723 ta dùng một mạch ví dụ sau:

Hình 1.19. Mạch điều chỉnh điện áp dùng IC LM723
Khi cấp nguồn V1 cho mạch thì mạch so sánh điện áp sẽ cung cấp một
điện áp so sánh thường là Vref = 7.15(V) khi dùng LM723. Điện áp từ chân
ngõ vào không đảo (chân số 5) của IC được chia từ điện áp tham khảo Vref
qua điện trở R
1
và R
4
. Mạch tạo thành từ điện trở R
1
, R
3
và tụ C
1
sẽ có chức
năng như là mạch khởi động mềm đó là giúp tăng từ từ điện áp ban đầu. Vì
vậy, ngõ ra trên tụ C

S
được nạp với dòng điện thấp khi ta cấp nguồn, một
mạch bảo vệ dòng sẽ kiểm soát những thay đổi một cách tức thời có thể ảnh
hưởng đến mạch. Bằng việc sử dụng điện trở R
8
và R
9
thì điện áp ngõ ra
được cấp đến chân ngõ vào đảo của mạch khuyếch đại sai lệch (chân 4).
Khi điện áp ngõ vào đảo (chân 4) thấp hơn điện áp ngõ vào không đảo thì
điện áp ngõ ra của phần khuyếch đại sai lệch sẽ tạo ta trạng thái ON cho các
transistor Q, đồng thời cũng đưa các transistor Q
1
và Q
2
lên trạng thái ON
còn trạng thái của diode D là OFF và điện áp qua cuộn dây là:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 19

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO
v
L
= V
1
– V
o
Dòng điện i
L
bắt đầu tăng bù cho dòng tải i
s

và khi giá trị đó vượt qua i
s
,
nó sẽ được nạp qua tụ C
S
. Điện áp trên tụ C
S
tăng và khi nó vượt điện áp so
sánh cung cấp đến chân ngõ vào không đảo (chân 5) thì điện áp ngõ ra bộ
khuyếch đại sẽ ngắt các transistor Q, Q
1
và Q
2
. Nếu Q
2
ngắt, cuộn dây L sẽ
xuất hiện một suất điện động cảm ứng. Năng lượng trong từ trường cuộn dây
sẽ được xả qua diode D đến điện trở ngõ ra R
S
. Khi nó hoạt đông trở lại,
diode D sẽ ngắt dòng I
s
giống như khi Q
1
và Q
2
hoạt động dẫn bão hòa. Điện
áp qua cuộn dây L là:
v
L

= -V
0
- V
D

Điện áp tụ C
S
bắt đầu giảm, đến khi giá trị của nó nhỏ hơn điện áp ở chân
ngõ vào không đảo, điện áp ngõ ra của phần khuyếch đại sai lệch sẽ làm các
transistor Q, Q
1,
Q
2
lên trạng thái ON và tiếp tục như trên. Vì dòng ngõ ra
của LM723 nhỏ hơn 150mA và độ lợi của Q
2
nhỏ nên ta sử dụng thêm Q
1
và
R
12
để khuyếch đại. Diode zenner D
Z
dùng để ngăn chặn điện áp từ ngõ ra
của transistor vượt quá điện áp ngưỡng thường là 40V. Điện trở R
10
dùng để
hạn dòng cho ngõ ra của LM723, bảo vệ tránh quá dòng cho mạch, và R
11

dùng để giảm công suất tiêu tán và thời gian chuyển mạch trên Q
2
khi nó hoạt
động. Để tăng hiệu suất của mạch, quan trọng là phải có điện áp thấp qua
diode D và tần số làm việc phải cao. Một mạch gọi là ổn định chỉ khi dải
điện áp ngõ ra đạt được lớn nhất và phải được bảo vệ ngắn mạch hay quá tải.
Trong mạch hạn dòng, điện áp qua chân C
L
(chân 2) và C
S
(chân 3) nên
nhỏ hơn 0.65(V).
Điện áp giới hạn của dòng I
S


Từ (3) và (4) ta được:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 20

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO

Điện trở R
6
và R
7
được dùng để tạo điện áp dương ngược về chân 2 và
chân 3, vì vậy sẽ duy trì hoạt động chuyển mạch ngay khi xảy ra hiện tượng
ngắn mạch tại ngõ ra.
Khi transistor Q
2

dẫn bão hòa, điện áp của cực phát là V
1
và điện áp trên
chân ngõ vào không đảo (chân 5) là:

Khi điện áp tại chân ngõ vào đảo (chân 4) đạt tới điện áp tại chân ngõ vào
không đảo (chân 5), transistor Q
1
và Q
2
sẽ bị khóa.
Từ công thức (6) và (7) chúng ta có thể tính điện áp thay đỏi nhấp nhô
trên tải theo công thức sau:

Thường thì giá trị điện trở R
5
lớn hơn rất nhiều so với giá trị điện trở R
2

vì vậy nên giá trị điện áp nhấp nhô tại ngõ ra đảo được quyết định bởi điện
trở R
5.

 Sơ đồ nguyên lý chi tiết bên trong của LM723

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Trang 21

GVHD: Th.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: CAO VŨ BẢO

Hình 1.20. Nguyên lý chi tiết của LM723
 Một số ứng dụng của LM723
 Điều chỉnh điện áp dương

Hình 1.21. Mạch điều chỉnh ngõ ra 15V
Mạch trên có Vo từ 7V đến 37V, điều chỉnh điện áp ngõ ra khoảng 15V.
 Điều chỉnh điện áp âm