bài giảng về khối nguồn và mạch ổn áp

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Nguồn DC có nhiệm vụ cung cấp năng lượng DC cho các mạch và các thiết
bị điện tử
Nguồn ổn áp DC được phân thành 2 loại: ổn áp tuyến tính và ổn áp xung.
6.1 Nguồn nuôi và vai trò của nó trong kỹ thuật điện – điện tử
Sơ đồ khối ổn áp tuyến tính:
6.2 Nguồn nuôi ổn áp sử dụng linh kiện rời:
1. Nguồn nuôi ổn áp đơn giản dùng diode Zener:

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

1. Nguồn nuôi ổn áp đơn giản dùng diode Zener:
3 bài toán cơ bản của Diode Zener:
Bài 1:
Cho mạch ổn áp dùng Diode Zener như hình vẽ. Biết R = 300, RL = 1K. Tìm
phạm vi thay đổi cho phép của Vi để áp trên tải ổn định ở 5,6V. Biết Izmin =
10mA, Izmax = 30mA.

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Bài 2:
Cho mạch như hình vẽ. Biết Vi = 15V = const, VZ = 9V, R = 100, IZmin =
10mA, IZmax = 30mA. Tìm phạm vị thay đổi của RL để áp trên tải luôn ổn
định ở 9V.
Bài 3:
Cho R, RL, VZ, Vi. Tính VL, VR, IZ, PZ
-
+
V i

R
L
R
I
Z
I
L

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

2. Nguồn nuôi ổn áp dùng transistor:
a. Mạch ổn áp song song:
Khối lấy mẫu: Lấy điện áp hồi tiếp từ ngõ ra và tỉ lệ với điện áp ngõ ra đưa
trở về để làm tín hiệu so sánh.
Khối chuẩn: tạo ra 1 điện áp chuẩn
Khối so sánh: So sánh điện áp mẫu và điện áp chuẩn, từ đó phát hiện sự
thay đổi điện áp trên tải và tạo tín hiệu điều khiển đến phần tử điều khiển.
Khối điều khiển: nhận tín hiệu điều khiển từ khối so sánh để điều khiển
dòng ISH từ đó điều khiển dòng qua tải làm điện áp trên tải ổn định

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Nguyên tắc hoạt động:
Khi điện áp ra tăng thì mạch so sánh nhận tín hiệu hồi tiếp từ mẫu và so
sánh với điện áp chuẩn, lúc đó cung cấp th điều khiển đến phần tử điều
khiển để điều khiển điện áp ra giảm trở lại, duy trì điện áp ổn định ở ngõ ra.
Khi điện áp ra giảm: ngược lại
a.1 Mạch ổn áp song song dùng 1 TST:
R
R L

v o
I C I L
I Z
v i
I R
Q
V Z

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Nguyên tắc hoạt động:
Ta có V0 = VZ + VBE
Giả sử điện áp trên tải giảm (V0 giảm), khi đó dòng qua R tăng lên (V
R
tăng)
làm VBE giảm, làm IB giảm, do đó TST dẫn yếu làm VCE = V0 tăng đến giá
trị ổn định
Khi điện áp trên tải tăng: tương tự
Bài tập:
Cho mạch như hình vẽ. Biết Vi = 22V, R = 120, VZ = 8.2V, RL = 100, β = 80. Tính
V0, IL, IR, IC
R
R L
v o
I C I L
I Z
v i
I R
Q
V Z

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

a.2 Mạch ổn áp song song dùng 2 TST:
Nguyên tắc hoạt động:
Ta có: VL = VZ + VBE2 + VBE1

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

a.3 Mạch ổn áp song song dùng OPAMP:
Nguyên tắc hoạt động:
Khi điện áp trên tải giảm (VL giảm) nên điện áp trên R2 giảm làm VB giảm,
làm TST dẫn yếu, IC giảm làm dòng qua tải tăng nên VL tăng đến giá trị ổn
định
Khi điện áp trên tải tăng: tương tự

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

b. Mạch ổn áp nối tiếp:
Chức năng các khối: giống mạch ổn áp song song chỉ khác ở chỗ phần tử
điều khiển mắc nối tiếp với tải. Vì vậy để duy trì điện áp ra ổn định thì phần
tử điều khiển phải điều khiển điện áp trên nó

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

b.1 Mạch ổn áp nối tiếp dùng 1 TST:
Nguyên tắc hoạt động:
Q: phần tử điều khiển
Diode Zener: cung cấp điện áp chuẩn
R: phân cực và hạn dòng cho diode Zener

Q
I B
v i
R
V Z
I Z
C E
R L
I R
v o
I L

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Ta có V
o
= V
Z
- V
BE
Khi điện áp ra giảm (Vo giảm) dẫn đến VBE tăng làm Q dẫn mạnh, dẫn đến
Vo tăng duy trì điện áp ổn định
Khi điện áp ngõ ra tăng: tương tự
Bài tập:
Cho mạch như hv. Biết Vi = 20V, R = 220, β = 50, VZ = 12V, RL = 100. Tính
Vo, VCE, IR, IL, IB, IZ
Q
I B
v i
R

V Z
I Z
C E
R L
I R
v o
I L

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

b.2 Mạch ổn áp nối tiếp dùng 2 TST:
Nguyên tắc hoạt động:
Khi điện áp ngõ ra tăng dẫn đến V2 tăng làm VBE2 tăng nên TST Q2 dẫn
mạnh làm IC2 tăng, làm IB1 giảm dẫn đến Q1 dẫn yếu làm IC1 giảm làm Vo
giảm duy trì điện áp ổn định
Khi điện áp ngõ ra giảm: tương tự

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Điện áp ngõ ra:
b.3 Mạch ổn áp nối tiếp dùng OPAMP:

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Nguyên lý hoạt động:
Bài tập: tính Vo

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

c. Mạch bảo vệ quá dòng, quá áp:

Nguyên lý hoạt động:
Khi dòng tải (I
L
) tăng, điện áp trên R
SC
(nhiệt điện trở) tăng và khi điện áp này
đủ lớn thì sẽ làm Q2 dẫn. Khi đó Q2 sẽ rút dòng cực B của Q1, làm Q1 dẫn
yếu đi làm dòng ra tải giảm. Vậy gía trị điện trở R
SC
và V
BE2
sẽ quyết định
dòng giới hạn cực đại ra tải.
VZ

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Sơ đồ khối của mạch ổn áp dùng IC ổn áp 3 chân:
6.3 Nguồn nuôi ổn áp sử dụng vi mạch ổn áp

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

IC ổn áp dương có điện áp ra cố định:
6.3.1 Nguồn ổn áp dương có điện áp ra cố định:
Hình dạng:
Các loại:

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Một số đặc điểm của IC uA 7812C

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Sơ đồ nguyên lý nguồn ổn áp 5V:

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Cho điện áp ngõ ra của biến thế là 15V, tụ lọc C = 250PF. Tính V
imin
để IL =
400mA
Vimin = 8.35V lớn hơn giá trị yêu cầu của IC vậy điện áp ngõ ra vẫn
ổn định

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

IC ổn áp âm có điện áp ra cố định:
Hình dạng:
Các loại:

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Sơ đồ nguyên lý nguồn ổn áp dương, âm cố định:
- 5 V
C 1 0
1 0 0 0 u f
C 1 1
1 0 0 n f
C 1 8
1 0 u f

5 V
C 1 7
1 0 0 n f
D 2 L E D U 1 7
7 9 0 5
2 3
1
V I N V O U T
G N D
R 1 7
4 7 0
C 1 6
1 0 0 0 u f
J 1 1
C O N 3
1
2
3
- +
D 1B R I D G E
1
4
3
2
C 1 5
1 0 0 n f
C 1 2
1 0 u f
C 1 9
1 0 0 n f

U 1 6
7 8 0 5
1 3
2
V I N V O U T
G N D

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Sơ đồ nguyên lý:
6.3.2 Nguồn ổn áp dương có điện áp ra thay đổi:
Điện áp ra:
Với:

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

VD1: Thiết kế bộ nguồn với yêu cầu sau:
Điện áp vào từ 9 đến 12V
Điện áp ra ổn định ở 5V, dòng cực đại ngõ ra là 3A
6.4 Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất:
Sơ đồ nguyên lý:
0.33uF
7 805
1 3
2
VIN VOUT
GND
0.1uF
1000u F R
IB

Q
I
C1
vi = 9 - 12V
IR
C2
5V, 3A

CHƯƠNG 6: KHỐI NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

Tính toán và chọn linh kiện:
Chọn Q = 2N2955, I
C
=15A (chọn lớn hơn định mức từ 3 đến 5 lần), β=80
2.8
35
80
C
B
I
A
I mA= = =
b
Chọn I = 200mA
0.7
4.24
165
R
R
V

R
I
= = =Þ W
VD2: Thiết kế bộ nguồn với yêu cầu sau:
Điện áp vào từ 9 đến 12V
Điện áp ra ổn định ở 5V, dòng cực đại ngõ ra là 10A
I
R
= I – I
B
= 165mA