THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 12V- 3A

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN TỬ II




ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
NIÊN KHÓA: 2007-2012

CHUYÊN ĐỀ:
THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 12V- 3A

GV. hƣớng dẫn: THS. NGUYỄN HỮU PHÚC

SV. thực hiện:
MSSV :
LỚP :
SV. LÊ VĂN KIỂM
407190025
D07DTA1

TP.HỒ CHÍ MINH -2010
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 2
Lời mở đầu
Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, thế kỷ của cách mạng khoa học kỹ thuật.
Quanh chúng ta rất nhiều thiết bị điện, trong đó nguồn điện đóng vai trò hết
sức quan trọng để cung cấp năng lượng cho hầu hết các thiết bị quanh chúng
ta. Mỗi loại thiết bị điện lại có một bộ nguồn phù hợp. vấn đề đặt ra là làm sao
cho có được một bộ nguồn ổn đinh và bảo vệ thiết bị khi xảy ra sự cố.
phương
tiện tốt nhất
.
Sau đây em xin giới thiệu về một bộ nguồn cơ bản.
 Với yêu cầu đặt ra:
- Mạch chạy ra 12 v -3A.
- Bảo vệ quá tải, ngắn mạch ngỏ ra.
- Bảo vệ quá điện áp ngỏ ra.
- Bảo vệ thấp áp ngỏ ra.

Nội dung đồ án được trình bày như sau:

Chƣơng 1: lý thuyết cơ bản
1.1 Máy biến thế.
1.2 Mạch chỉnh lưu.
1.3 Diode zenner
1.4 Cơ bản về op-amp

1.5 Relay điện từ.

Chƣơng 2: Mô phỏng và thiết kế mạch nguồn có bảo vệ.
2.1 Nhiệm vụ các khối của mach nguồn.
2.2 phân tích thiết kế mạch.
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 3
Chƣơng 1: lý thuyết cơ bản

1.1 Máy biến thế
Thăng .
Hehe.
Máy biến thế hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lí:
 Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)
 Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng
(cảm ứng điện)
Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp,
và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong
mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể
thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường. Sự biến đổi này có thể
được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt.
Khi N
P
, U
P
, I
P
, Φ

P
và N
S
, U
S
, I
S
, Φ
S
là số vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện
và từ thông trong mạch điện sơ cấp và thứ cấp (primary và secondary) thì
theo Định luật Faraday ta có:

( Mô hình máy biến thế)

ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 4

( Từ thông cảm ứng trong lõi thép máy biến thế)

và
Nếu Φ
S
= Φ
P
thì ,
ngoài ra
Như vậy (máy biến thế lí tưởng).

1.2 Mạch chỉnh lưu (Rectification).

Chỉnh lưu là quá trình chuyển đổi từ tín hiệu xoay chiều (ac) thành tín
hiệu một chiều (dc).
1.2.1 Chỉnh lưu bán sóng (Half-wave rectification)

Trong mạch này ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần đúng của diode
trong việc phân tích mạch.
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 5



Diode chỉ dẫn điện khi bán kỳ dương của v
i
(t) đưa vào mạch.
Ta có:
Biên độ đỉnh của v
o
(t)
V
dcm
= V
m
- 0.7V
Ðiện thế trung bình ngõ ra:
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ

2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 6

Ðiện thế đỉnh phân cực nghịch của diode là:
V
RM
=V
m

Ta cũng có thể chỉnh lưu lấy bán kỳ âm bằng cách đổi đầu diode.





1.2.2 Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diode

Trong đồ án chỉ dung mạch cầu diode lên chúng ta chỉ đi sâu vào mạch
này. Khi chọn linh kiện cần quan tâm đến một vài tham số giới hạn:
- Điện áp ngược cực đại cho phép V
ng.max
(để không bị đánh thủng).
- Công suất tiêu hao cưc đại cho phép P
max
.
- Dòng điện thuận cực đại cho phép I
max
.
- Tần số cực đại cho phép của tín hiệu xoay chiều f

max.

Mạch có dạng sau:

ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 7
 Hoạt động và điện áp ra trên tải vL (Chỉnh lưu toàn sóng)

- Ở bán kỳ âm của nguồn điện, D
1
và D
3
phân cực thuận và dẫn điện trong
lúc D
2
, D
4
phân cực nghịch xem như hở mạch.
- Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D
2
và D
4
phân cực thuận và dẫn điện
trong lúc D
1
và D
2
phân cực nghịch xem như hở mạch.

Phân tích tín hiệu chỉnh lƣu toàn sóng
Điện thế đỉnh: V
Lm
= V
i
-2V
D
= V
i
-1.4V


Giá trị trung bình:
Dòng điện trung bình hai đầu tải:
Điện thế đỉnh phân cực nghịch V
RM
ở mỗi diode là: V
RM
= V
i
- 0.7V

1.2.3 Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diode có tụ

ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 8

Điện áp hay dòng điện sau chỉnh lưu tuy có cực tính không đổi nhưng
dạng sóng của nó vẫn còn thay đổi một cách có chu kỳ.
Nhiệm vụ của mach lọc là cách lọc các sóng có hài bậc cao để điện áp ra
bằng phẳng hơn.
Nguyên lý hoạt động:
Ban đầu khi cung cấp nguồn trong nửa chu kỳ đầu tụ C được lạp tới một
giá trị là V
max
khi điện áp vào giảm tụ C bắt đầu phóng điện khi tới giá trị
V
min
tới nửa chu kỳ tiếp theo có điên áp cao hơn và tụ C bắt đầu nạp điện tới
giá trị V
max
hoạt động tiếp tục diễn ra như vậy.
Chú ý: trong thiết kế mạch khi tụ điện có điện dung càng lớn áp ra càng ít
thay đổi sự nhấp nhô của sóng xẽ ít hơn.

1.3 Diode zenner
Diode Zener: Hoạt động chủ yếu trong vùng phân cực nghịch
Ký hiệu và Đặc tuyến VA
- Phân cực thuận: Như Diode thông thường
- Phân cực nghịch: I
Z max
i
Z
I
Z min
, v
Z

= V
Z
= constant
 V
Z
: Điện áp Zener
 I
Zmax
: Dòng phân cực nghịch tối đa của Diode Zener.
 I
Zmin
: Dòng phân cực nghịch tối thiểu để v
Z
= V
Z
,
thường I
Zmin
= 0.1 I
Zmax
.
 P
Zmax
= V
Z
I
Zmax
: Công suất tối đa tiêu tán trên Diode Zener
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 9
Ứng dụng trong thiết kế mach
chúng ta chủ yếu thường dùng để
tạo điện áp chuẩn (reference
voltage)


1.3.1 Mạch ổn áp dùng Diode Zener (Zener regulator)
(Sau đây là sơ đồ minh họa và đi sâu vào phân tích.)

Mục đích: Thiết kế mạch sao cho Diode Zener hoạt động trong vùng ổn
áp (vùng gãy – breakdown region): I
Zmax
i
Z
I
Zmin
, v
Z
= V
Z
.
Phân tích
R
i
=
SZ
R
vV

i
= => i
Z
= -i
L

Để I
Zmax
i
Z
I
Zmin
với mọi giá trị của vS và i
L
: min(i
Z
) I
Zmin
và
max(i
Z
) I
Zmax.
 Min(i
z
) =
min
max min
sZ
LZ

i
VV
II
R

Ở đây giả sử v
S
và i
L
:
Không ổn định
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 10
Và
min
max min
ax( )
sZ
Z L Z
i
VV
m i I I
R


min max
max min min max
S Z S Z

i
L Z L Z
V V V V
R
I I I I


<đây la công thúc để giúp ta chọn điện trở hạn chế dòng qua diode sao
cho diode hoạt động bình thường.>
Với yêu cầu về nguồn (v
S
) và tải (i
L
) cho trước, để chọn được R
i
cần
phải có

max max min min
max
min max
( ) ( )
0.9 0.1
L S Z L S Z
Z
S Z S
I V V I V V
I
V V V

min max
max min min max
S Z S Z
L Z L Z
V V V V
I I I I
, thường chọn I
Zmin
=0.1I
Zmax

 Chọn Diode Zener sao cho:
max max min min
max
min max
( ) ( )
0.9 0.1
L S Z L S Z
Z
S Z S
I V V I V V
I
V V V

Và: I
Zmax
I
Lmax
, I
Zmin

= 0.1I
Zmax
I
Lmin
=> I
Zmax
10I
Lmin

Thiết kế làm theo thứ tự ngược lại để xác định I
Zmax
của Diode zener và R
i


1.4 op-amp
Hiện nay, các bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) đóng vai trò quan trọng và
được
ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật khuếch đại, tính toán, điều khiển, tạo hàm, tạo
tín hiệu hình sine và xung, sử dụng trong ổn áp và các bộ lọc tích cực...

Ứng dụng mạch tuyến tính:
Trong đồ án này tôi chỉ nêu tóm tắt những ứng dụng cần thiết có trong
đồ án thiết kế mạch điện tử này.
Mạch khuếch đại vi sai: