Đồ án mạch nguồn LM317

KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
............................................................................................................................................
Vinh, ngày tháng 06 năm 2015
Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.............................................................................................................................................
Vinh, ngày tháng 06 năm 2015
Giảng viên phản biện


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7
MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự bùng nổ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử
ngày càng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết trong các lĩnh vực kinh tế - xã hội cũng
như trong đời sống. Trong tất cả các thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp là một
trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc ổn định của hệ thống.
Hầu hết các thiết bị điện tử đều 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 phát triển với mục đích tạo ra các khối nguồn
có công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ (các nguồn xung).
Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế và rộng rãi của nguồn điện một chiều
ổn áp và dựa vào những kiến thức được học cũng như tự tìm hiểu, nhóm em đã chọn
đề tài: “Thiết kế mạch nguồn ổn áp12V ” để qua đó tìm hiểu kĩ hơn về nguyên lí hoạt

động của các mạch nguồn đồng thời củng cố thêm kĩ năng trong thiết kế các mạch
điện tương tự.
Trong quá trình thực hiện đề tài em xin chân thành cảm ơn thầy giáo:
NGUYỄN ĐĂNG THÔNG đã tận tình hướng dẫn giúp chúng em hoàn thành đề tài
này.
Do khả năng kiến thức bản thân còn hạn chế, đề tài chắc chắn sẽ không tránh những
thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề
tài được hoàn thiện hơn.
Nhóm sinh viên

1


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7
MỤC LỤC

II SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ CHỨC NĂNG LINH KIỆN.................................18


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

PHẦN I:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NGUỒN MỘT CHIỀU
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 từ

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 mạng, của
tải 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.
Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh được biểu diễn như sau:

U1 ~

BIẾN ÁP

MẠCH

U2 ~ CHỈNH LƯU UT

BỘ LỌC

UO1

ỔN ÁP MỘT
CHIỀU
(ỔN DÒNG)

IT
UO2
RT

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

Chức năng của các khối như sau:
- Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U 1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá
trị thích hợp với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp U 1 mà không
cần biến áp.
- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U 2 thành điện áp một
chiều không bằng phẳng UT (có giá trị thay đổi nhấp nhô). Sự thay đổi này phụ thuộc
vào từng dạng mạch chỉnh lưu.
- Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch U T thành điện áp
một chiều UO1 ít nhấp nhô hơn.


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

- Bộ ổn áp một chiều (ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng điện) ở đầu
ra của nó UO2 (IT) khi UO1 thay đổi theo sự mất ổn định của U O1 hay IT . Trong nhiều
trường hợp nếu không có yêu cầu cao thì không cần bộ ổn áp hay ổn dòng một chiều.
Tùy theo điều kiện và yêu cầu cụ thể mà bộ chỉnh lưu có thể mắc theo những 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 chúng ta sẽ đi khảo sát từng khối nêu
trên trong bộ nguồn một chiều.
II. BIẾN ÁP NGUỒN VÀ CHỈNH LƯU
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 đối 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. 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 nó chỉ đi qua một chiều.
Người ta thường 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 điều chỉnh điện áp ra
tùy ý, người ta dùng Thyristor để chỉnh lưu.
Các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp là chỉnh lưu nửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu hai
nửa 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 (tỷ 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.
Sau đây ta sẽ xét về sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ và sơ đồ chỉnh lưu cầu.
a. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ:


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

Đặc điểm của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ là trong cả hai nửa chu kì của
điện áp xoay chiều đều có dòng điện chạy qua tải. Có hai loại sơ đồ chỉnh lưu hai nửa
chu kỳ: sơ đồ cân bằng và sơ đồ cầu.
D1
Ur
Uv

Ct

R

D2

a. Sơ đồ cân bằng
Ur
Có Ct
Không có Ct

0

t

b. Đồ thị thời gian của điện áp ra
Hình 1.3: Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ
Điện áp cực đại khi không tải:

Uˆ = Uˆ 2 − U n

Trong đó Un là điện áp ngưỡng của diode, U 2 điện áp trên cuộn thứ cấp của
biến áp.
Điện áp ngược đặt lên diode (trong trường hợp C t ≠ 0): Ung =

2 U2hd.

b. 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 nửa chu kỳ nhưng nó ưu việt hơn sơ đồ cân bằng ở chỗ
cuộn thứ cấp được sử dụng toàn bộ trong hai nửa chu kỳ của điện áp vào và điện áp
ngược đặt lên điôt trong trường hợp này chỉ bằng một nửa điện áp ngược đặt lên trong
sơ đồ cân bằng. Điện áp ra cực đại khi không tải: Uˆ r = Uˆ 2 − 2U n′ nghĩa là nhỏ hơn chút
ít so với điện áp ra trong sơ đồ cân bằng, vì ở đây luôn luôn có hai điốt mắc nối tiếp.

KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

Uv

Ct

Ur

R

Hình 1.4: Mạch chỉnh lưu cầu
Ta thấy rằng trong từng nửa chu kỳ của điện áp thứ cấp U 2 , một cặp điốt có
anôt dương nhất và katốt âm nhất mở, cho dòng một chiều qua Rt , cặp điốt còn lại
khóa và chịu một điện áp ngược cực đại bằng biên độ U 2 m . Ví dụ tương ứng với nửa
chu kỳ dương của U 2 , cặp điốt Đ1Đ3 mở, Đ2Đ4 khóa. Rõ ràng điện áp ngược đặt lên
van lúc khóa có giá trị bằng một nửa so với trường hợp 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 1.4, nếu nối đất điểm giữa biến áp và mắc thêm tải ta có mạch
chỉnh lưu có điện áp ra hai cực tính. Đây thực chất là hai mạch chỉnh lưu cân bằng.
+Ur
Ct

R

Uv

-Ur

Ct

R

Hình 1.5: Chỉnh lưu điện áp ra hai cực tính
III. LỌC CÁC THÀNH PHẦN XOAY CHIỀU CỦA DÒNG ĐIỆN RA TẢI
Trong các mạch chỉnh lưu nói trên điện áp hay dòng điện ra tải tuy có cực tính
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:
∞

∞

n =1

n =1

it = I 0 + ∑ An sin nωt + ∑ Bn cos nωt


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

Trong đó I 0 là thành phần một chiều và

∞

∞

∑ A sin nωt + ∑ B
n =1

n

n =1

n

cos nωt là tổng các

sóng hài xoay chiều có giá trị, pha và tần số khác nhau phụ thuộc và loại mạch chỉnh
lưu. Vấn đề đặt ra là phải lọc các thành phần sóng hài này để cho it ít đập mạch, vì các
sóng hài gây sự tiêu thụ năng lượng vô ích và gây sự nhiễu loạn cho sự làm việc của
tải.
Trong mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ thành phần một chiều I 0 tăng gấp đôi so
với mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ, 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 nửa chu kỳ đã có tác dụng
lọc bớt sóng hài.
Người ta định nghĩa hệ số đập mạch KP của bộ lọc:

Biên độ sóng hài lớn nhất của it (hay ut)
Giá trị trung bình của it (hay ut)

Kp =

KP càng nhỏ thì chất lượng của bộ lọc càng cao.
Người ta đã tính toán rằng khi chỉnh lưu nửa chu kỳ K P = 1,58, khi chỉnh lưu
hai nửa chu kì KP = 0,667.

Để thực hiện nhiệm vụ lọc nói trên, các bộ lọc sau đây thường được dùng:
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.

C

Rt

Ur

Hình 1.6: 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 một lượng nhỏ
sóng hài bậc thấp. Việc tính toán hệ số đập mạch của bộ lọc dẫn tới kết quả:
KP =

2
ωCRt

Nghĩa là tác dụng lọc càng rõ rệt khi C và R t càng lớn (Rt 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 µF đến vài nghìn µF (tụ hóa).
2. Lọc bằng cuộn cảm L


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

Mạch lọc bằng cuộn cảm L được biểu diễn như sau

L
Rt

Ur

Hình 1.7: Lọc bằng cuộn cảm
Cuộn cảm L được mắc nối tiếp với tải R t nên khi dòng điện it 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 I 0 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:

KP =

Rt
3ωL

Nghĩa 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.
3. Bộ lọc hình L ngược và hình

π

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 lọc hình π với nhau. Khi đó
dòng điện và điện áp ra tải gần như bằng phẳng hoàn toàn.

L
C

Hình 1.8: Lọc hình L ngược

Rt Ur


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

L
C1

C2

Rt

Ur

Hình 1.9: Lọc hình π
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 π . 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)%U0 khoảng vài Ω đến vài kΩ .
4. Bộ lọc cộng hưởng
Hình 1.10.a biểu diễn bộ lọc cộng hưởng dùng mạch cộng hưởng song song
LkCk mắc nối tiếp với tải Rt nhờ vậy sẽ chặn sóng hài có tần số bằng tần số cộng hưởng
của nó. Ngoài ra tụ C1 còn có tác dụng lọc thêm.

L
L
Lk
Ck

C2

Rt

Rt
Ck

(a)
(b)
Hình 1.10: Các bộ lọc cộng hưởng
Hình 1.10.b biểu diễn bộ lọc cộng hưởng dùng mạch cộng hưởng nối tiếp L kCk
mắc song song với tải Rt. Ở tần số cộng hưởng nối tiếp của mạch LkCk 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.
IV. 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.

KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

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.


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

1. Nguyên tắc mạch ổn áp có hồi tiếp
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

Ur

(Điện áp một chiều
chưa ổn định)

®Þnh)

NGUỒN
CHUẨN

PHẦN TỬ
ĐIỀU KHIỂN

U’r

BỘ KHUẾCH
ĐẠI

BỘ SO SÁNH

Hình 1.11: 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 áp và
ổn dòng.

Điện áp
đưa về bộ
so sánh
a.

Rt

U’r

Điện áp
đưa về bộ
so sánh

Rt
R

b.

Hình 1.12: 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 (Ri >>) 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 hoặc ổn dòng còn có thêm
một bộ khuếch đại công suất mắc trong mạch hồi tiếp.


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

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.
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 317, LM 337…
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.


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

PHẦN II
THIẾT KẾ NGUỒN MỘT CHIỀU ỔN ÁP CÓ ĐIỆN ÁP RA 12V THAY ĐỔI
I. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA KHỐI NGUỒN

U1 ~

BIẾN ÁP

MẠCH
U2 ~ CHỈNH LƯU UT

BỘ LỌC

UO1

ỔN ÁP MỘT
CHIỀU
(ỔN DÒNG)

IT
UO2
RT

Hình 2.1: Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh
Các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn:
- Điện áp vào 220VAC - 50Hz.
- Điện áp ra 12VDC thay đổi được giá trị.
II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁP THIẾT KẾ
Dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn như trên ta lựa chọn phương
áp thiết kế cho từng khối của bộ nguồn và từ đó đưa ra sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn:
1. Biến áp
Ở đây do nguồn ổn áp được sử dụng ở lưới điện xoay chiều (220V - 50Hz) điện
áp ra 12V có thể thay đổi giá trị nên ta sử dụng một biến áp có điện áp vào 220V và
điện áp ra 15V.
2. Mạch chỉnh lưu
Do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện áp
ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộ
chỉnh lưu cầu.
3. Bộ lọc nguồn
Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch thu được sau khối
chỉnh lưu thành điện áp một chiều UO1 ít nhấp nhô hơn.
Với những đặc điểm của phương pháp lọc bằng tụ điện như tính đơn giản cũng
như chất lượng lọc khá cao nên ở đây ta sẽ sử dụng phương pháp lọc này cho khối
nguồn.

4. Khối ổn áp
Theo yêu cầu thiết kế mạch ổn áp có điện áp ra 12V thay đổi nên ta sử dụng
một IC ổn áp thông dụng là LM317. Vì LM317 cho điện áp ra trong dải 1,2V - 35V.


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

a. Nguyên lý khối mạch ổn áp có điện áp thay đổi
• Tổng quát về IC LM317
LM 317 là một IC ổn áp thông dụng được ứng dụng nhiều trong thực tế với các
ưu điểm như điện áp ra ổn định cũng như cách điều chỉnh điện áp ra khá đơn giản (chỉ
cần thay đổi giá trị một phân áp).
Một số đặc điểm thông số kỹ thuật cơ bản của LM 317 như sau:
∗ 1,2V ≤ UOUT ≤ 35V.
∗ IOUT MAX = 1,5A.
∗ 3V ≤ UIN - UOUT ≤ 40V.
∗ IADJ = (50 ÷100) µA.
∗ 10 mA ≤ IOUT ≤ IMAX
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của LM317 được trình bày như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ chân ic LM317
Mạch sử dụng IC LM317, với cách mắc thông thường (như hình 2.4) điện áp ra
nằm trong khoảng 1,2V đến 35V.


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

LM317
3

IN

OUT

2

ADJ
R1

1

C1
0,1uF

+

C2
10uF

R2

Hình 2.4: Sơ đồ ổn áp dùng LM317
Điện áp ra có thể điều chỉnh được nhờ thay đổi phân áp R 1 , R2 . Dòng điện ra
tại chân ADJ có giá trị rất nhỏ (50 - 100µA). Điện áp trên R1 là 1,25V. Khi đó điện áp
ra được tính theo công thức:
 R 

U ra = 1,251 + 2  + I ADJ R2
R1 


Do IADJ có giá trị rất nhỏ nên có thể tính gần đúng Ura như sau:
 R 
U ra = 1,251 + 2 
R1 



KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

PHẦN III:
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ
I. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHO TỪNG KHỐI MẠCH
1. Khối chỉnh lưu
Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất U lưới = 220 V, điện áp ngược đặt lên diode
chỉnh lưu:

U ng = U 2 2 = 15 2 = 21.2 (V)
Do đó ta lựa chọn diode chỉnh lưu loại: KBP307.
2. Khối lọc nguồn
 Sau khi qua khối chỉnh lưu cầu thì tụ lọc cũng phải đảm bảo chịu được điện
áp lớn nhất là 21.2 V. Do đó ta chọn một tụ lọc có Umax = 50V.
 Để xác định điện dung của tụ ta dựa vào độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu:
TCL
CL =

3Rt K gs
Chọn độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu là Kgs = 5% = 0,05.
1
1
=
= 0.01 (s)
Chu kỳ chỉnh lưu: TCL =
f CL 2 . 50
Ta có sụt áp trên cầu diode là: U d = 4*0.7=2.8V
Suy ra: U in = U ng − U d = 21.2 − 2.8 = 18.4V

U
18.4
Rt = r =
= 12.3Ω
Ir
1.5
T
0,01
CL = CL =
≈ 0,05 (F)
3Rt K gs 3.12,3.0,05

Điện trở tải tương đương:
Khi đó:

Vậy ta chọn tụ lọc : 1000 µF / 50V.

3. Khối phân áp lấy điên áp ra

KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

LM317
3

IN

OUT

2

ADJ
R1

1

C1
0,1uF

+

C2
10uF

R2

Hình 3.1: Khối phân áp

Phân áp R1 và R2 có nhiệm vụ làm thay đổi điện áp ra theo sự biến thiên của
biến trở R2.
Từ sơ đồ ta có:

R 
U r − U 1 = 1,251 + 2 
R1 

 R 
U r = 1,251 + 2  + U 1
R1 


Khi đó để tạo ra một điên áp biên thiên từ 2 - 20 V thì:


2.1 ≤ 1,25 1 +


R2 
÷+ U1 ≤ 18
R1 

 R 
2.1≤ 1,25 1 + 2 ÷≤ 18
R1 

R
0.68 ≤ 2 ≤ 13.4
R1

0,68R1 ≤ R2 ≤ 13.4 R1
Nếu chọn R1 = 100 Ω thì ta có 68Ω ≤ R2 ≤ 1.3 KΩ. Như vậy ta có thể chọn một
biến trở 5K.
4. Khối lọc điện áp ra
Để tăng độ ổn định cũng như để lọc các nhiễu của điện áp ra ta sử dụng thêm
một khối lọc điện áp ra gồm tụ C3 = 100µF / 100V và C4 = 100 nF.
Ngoài ra còn có hai điện trở công suất(2.2Ω-5W) ở đầu vào và đầu ra của
mạch.


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

II SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ CHỨC NĂNG LINH KIỆN

1. Sơ đồ nguyên lý
Sau khi tính toán chi tiết cho các khối ta tiến hành ghép nối các khối với nhau
thành sơ đồ nguyên lý ở hình 3.1 như sau:

D1

AC IN
U1

V1

1N4007

LM317T

C1
100uF/50V

VI

VO

DC OUT

R4

2

2R2/5W

R1

R2

100

1k

+

10R/5W

3

ADJ

+

R3

1

VSINE

RV1

-

1

100nF

C2

C3

100uF/50V

100nF
A

-

C4

5K

D3

2

K

47%

3

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý
2. Chức năng linh kiện trong mạch
+ Cầu diode: biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều.
+ Tụ C1,C2,C3,C4: lọc các thành phần xoay chiều làm cho điện áp ra bằng
phẳng hơn.
+ Điện trở công suất R3,R4: bảo vệ ic.
+ IC LM 317: đưa ra một mức điện áp ổn định có thể điều chỉnh
+Diode D1: tạo đường xả cho tụ tránh việc xả trực tiếp vào ic.
+R1,RV1: tạo cầu phân áp để điều chỉnh điện áp ra.
+LED D3 : led báo nguồn.
3. Nguyên lý hoạt động
Khi có điện áp 220V AC vào biến áp, đầu ra cuộn thứ cấp thu được 15V
AC,qua mạch chỉnh lưu cầu thu được điện áp một chiều nhấp nhô,không ổn
định. Khi qua tụ lọc sẽ cho ra điện áp ổn định hơn cung cấp cho IC hoạt động.
Đầu ra IC có điện áp một chiều tuyến tính. Chân số 1 IC (Adjust) đấu nối với
phân áp R1,RV1 để điều chỉnh các giá trị điện áp mong muốn. Điện áp đầu ra

qua tụ lọc tạo một điện áp ra ổn định cung cấp cho tải hoạt động


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

III Lắp ráp mạch thực tế
Sơ đồ mạch in

Hình 3.3 Sơ đồ mạch in
Sơ đồ mạch thực tế

Hình 3.4 Mạch thực tế


KHOA ĐIỆN TỬ

LỚP ĐH ĐTTT K7

KẾT LUẬN
Sau một thời gian tìm hiểu và thiết kế, em đã hoàn thành đồ án thiết kế của
mình với yêu cầu thiết kế khối nguồn một chiều ổn áp có điện áp ra 12V thay đổi
(2.1V-18V). Kết quả thiết kế đã được lắp ráp thành mạch điện và kết quả hoạt động
của mạch đạt được những yêu cầu thiết kế.
Qua đề tài thiết kế này đã giúp em có thể áp dụng những kiến thức đã học vào
thực tế đồng thời nâng cao khả năng tự tìm hiểu và thiết kế các mạch điện tương tự. Từ
những kiến thức đã thu được trong quá trình thực hiện đồ án này sẽ giúp em có thêm
kinh nghiệm để thiết kế các mạch điện mới có độ phức tạp hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Nguyễn Đăng Thông đã tận

tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án thiết kế này.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Tín
Lê Văn Khánh
Trần Mậu Cương
Tài Liệu Tham Khảo
DATASHEET của IC LM317.
Wedsite: dientuvietnam.net,tusach.thuvienkhoahoc.com..