Đồ án Thiết kế mạch analog

Như ta đã biết mạch điện tử muốn làm việc được cần phải có nguồn 1 chiều cung cấp cho nó, nguồn 1 chiều có thể được lấy từ Pin, Acquy hay có thể được lấy từ điện lưới sau khi đã đi qua 1 bộ biến đổi phù hợp để lấy ra được mức điện áp 1 chiều mong muốn. Tuỳ thuộc vào yêu cầu của mạch điện tử mà ta có các bộ biến đổi khác nhau, các yêu cầu này có thể là cần độ lớn điện áp ra với 1 độ gợn sóng nào đó hay mức độ ổn định của mức điện áp ra . Trong bản thiết kế này ta sẽ nghiên cứu mạch ổn áp tự động điều chỉnh để giữ giá trị của điện áp luôn ổn định và phải đảm bảo 1 vài chỉ tiêu kĩ thuật. Để có thể thực hiện được điều này yêu cầu chúng ta phải nắm được và thực hiện đầy đủ các bước sau: Phân tích đề bài; phương án thiết kế; tính toán thiết kế; thử lại, kiểm tra kết quả; phương án thi công. Sau khi hoàn thành bài thiết kế này em nhận thấy rằng giữa lí thuyết và thực hành có mối liên hệ rất chặt chẽ. Những kết quả đo đạc được ở trên mạch thực tế có sự sai khác nhỏ không đáng kể so với lí thuyết. Sở dĩ như vậy là do việc lựa chọn linh kiện trên thị trường bị giới hạn (trên thị trường chỉ có các linh kiện đã được quy chuẩn bởi nhà sản xuất) nên nhiều linh kiện chỉ được lắp với những giá trị xấp xỉ, mặt khác là do kĩ năng lắp ráp của chúng em còn nhiều hạn chế. Để có thể hoàn thành được bản thiết kế này em đã tham khảo 1 vài tài liệu như giáo trình kĩ thuật mạch điện tử 1, 2, 3, giáo trình truyền hình, giáo trình về máy biến áp, sử dụng một số phần mềm trợ giúp như: Electronic WorkBench, Orcad và đặc biệt là được sự hướng dẫn tận tình của thày giáo Phạm Minh Việt. PHỤ LỤC. Trang PHẦN 1: PHÂN TÍCH ĐỀ BÀI. 3 PHẦN 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 4 PHẦN 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ. 14 PHẦN 4: THỬ LẠI, KIỂM TRA BẢN THIẾT KẾ. 21 PHẦN 5: PHƯƠNG ÁN THI CÔNG. 23

doc25 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 15/06/2013 | Lượt xem: 1545 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiết kế mạch analog, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Lêi giíi thiÖu ********** Nh­ ta ®· biÕt m¹ch ®iÖn tö muèn lµm viÖc ®­îc cÇn ph¶i cã nguån 1 chiÒu cung cÊp cho nã, nguån 1 chiÒu cã thÓ ®­îc lÊy tõ Pin, Acquy hay cã thÓ ®­îc lÊy tõ ®iÖn l­íi sau khi ®· ®i qua 1 bé biÕn ®æi phï hîp ®Ó lÊy ra ®­îc møc ®iÖn ¸p 1 chiÒu mong muèn. Tuú thuéc vµo yªu cÇu cña m¹ch ®iÖn tö mµ ta cã c¸c bé biÕn ®æi kh¸c nhau, c¸c yªu cÇu nµy cã thÓ lµ cÇn ®é lín ®iÖn ¸p ra víi 1 ®é gîn sãng nµo ®ã hay møc ®é æn ®Þnh cña møc ®iÖn ¸p ra... Trong b¶n thiÕt kÕ nµy ta sÏ nghiªn cøu m¹ch æn ¸p tù ®éng ®iÒu chØnh ®Ó gi÷ gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p lu«n æn ®Þnh vµ ph¶i ®¶m b¶o 1 vµi chØ tiªu kÜ thuËt. §Ó cã thÓ thùc hiÖn ®­îc ®iÒu nµy yªu cÇu chóng ta ph¶i n¾m ®­îc vµ thùc hiÖn ®Çy ®ñ c¸c b­íc sau: Ph©n tÝch ®Ò bµi; ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ; tÝnh to¸n thiÕt kÕ; thö l¹i, kiÓm tra kÕt qu¶; ph­¬ng ¸n thi c«ng. Sau khi hoµn thµnh bµi thiÕt kÕ nµy em nhËn thÊy r»ng gi÷a lÝ thuyÕt vµ thùc hµnh cã mèi liªn hÖ rÊt chÆt chÏ. Nh÷ng kÕt qu¶ ®o ®¹c ®­îc ë trªn m¹ch thùc tÕ cã sù sai kh¸c nhá kh«ng ®¸ng kÓ so víi lÝ thuyÕt. Së dÜ nh­ vËy lµ do viÖc lùa chän linh kiÖn trªn thÞ tr­êng bÞ giíi h¹n (trªn thÞ tr­êng chØ cã c¸c linh kiÖn ®· ®­îc quy chuÈn bëi nhµ s¶n xuÊt) nªn nhiÒu linh kiÖn chØ ®­îc l¾p víi nh÷ng gi¸ trÞ xÊp xØ, mÆt kh¸c lµ do kÜ n¨ng l¾p r¸p cña chóng em cßn nhiÒu h¹n chÕ. §Ó cã thÓ hoµn thµnh ®­îc b¶n thiÕt kÕ nµy em ®· tham kh¶o 1 vµi tµi liÖu nh­ gi¸o tr×nh kÜ thuËt m¹ch ®iÖn tö 1, 2, 3, gi¸o tr×nh truyÒn h×nh, gi¸o tr×nh vÒ m¸y biÕn ¸p, sö dông mét sè phÇn mÒm trî gióp nh­: Electronic WorkBench, Orcad vµ ®Æc biÖt lµ ®­îc sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thµy gi¸o Ph¹m Minh ViÖt. Phô lôc. Trang PhÇn 1: Ph©n tÝch ®Ò bµi. 3 PhÇn 2: Ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ. 4 PhÇn 3: TÝnh to¸n, thiÕt kÕ. 14 PhÇn 4: Thö l¹i, kiÓm tra b¶n thiÕt kÕ. 21 PhÇn 5: Ph­¬ng ¸n thi c«ng. 23 PhÇn 1: Ph©n tÝch ®Ò bµi. §Ò bµi: ThiÕt kÕ bé nguån æn ¸p tù ®éng ®iÒu chØnh víi c¸c chØ tiªu sau: U vµo 220V U ra 15V ΔU / U 5% P ra 1W §Ò bµi yªu cÇu thiÕt kÕ 1 nguån æn ¸p, nguån nµy ph¶i cã kh¶ n¨ng tù ®iÒu chØnh khi cã sù thay ®æi ®iÖn ¸p ®Çu vµo hay khi cã sù thay ®æi cña dßng ®iÖn ch¶y qua t¶i, vÝ dô nh­ khi ®iÖn ¸p t¹i ®Çu ra t¨ng th× bé nguån ph¶i tù ®éng ®iÒu chØnh gi¶m ®iÖn ¸p ®Çu ra mét l­îng nµo ®Êy ®óng b»ng ®é t¨ng ®iÖn ¸p, hoÆc ng­îc l¹i khi ®iÖn ¸p t¹i ®Çu ra gi¶m th× tù ®éng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®Çu ra t¨ng lªn... ViÖc tù ®éng ®iÒu chØnh nµy cã thÓ thùc hiÖn b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p nh­ dïng æn ¸p th«ng sè, æn ¸p so s¸nh, hay æn ¸p xung. Tuy nhiªn, theo yªu cÇu cña ®Ò bµi: §iÖn ¸p vµo lµ 220V nªn ta kh«ng cÇn ph¶i sö dông æn ¸p xung (æn ¸p xung ®­îc sö dông khi cÇn cã d¶i biÕn thiªn ®iÖn ¸p ®Çu vµo lín) vµ do æn ¸p th«ng sè chØ cho phÐp sù biÕn thiªn dßng t¶i nhá nªn ng­êi ta hay sö dông ph­¬ng ph¸p nµy t¹o ®iÖn ¸p chuÈn ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p lÊy mÉu trong æn ¸p so s¸nh. V× vËy, ®Ó ®¸p øng ®­îc nh÷ng chØ tiªu trªn th× sö dông æn ¸p so s¸nh lµ thÝch hîp nhÊt. PhÇn 2: ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ a. lËp s¬ ®å khèi. M¹ch æn ¸p ®­îc thùc hiÖn nhê 4 khèi nh­ sau: Khèi BiÕn ¸p Khèi chØnh l­u Khèi läc Khèi æn ¸p §Çu §Çu ra vµo b. ph­¬ng thøc thùc hiÖn. i. khèi biÕn ¸p. Khèi biÕn ¸p cã nhiÖm vô biÕn ®æi ®iÖn ¸p l­íi thµnh møc ®iÖn ¸p phï hîp ®­a vµo khèi chØnh l­u. Nã bao gåm 1 cuén d©y s¬ cÊp vµ 1cuén d©y thø cÊp ®­îc quÊn trªn mét lâi thÐp gåm c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn ®­îc d¸t máng ghÐp l¹i víi nhau. Së dÜ ph¶i ®­îc cÊu t¹o tõ c¸c l¸ thÐp mµ kh«ng ph¶i lµ mét khèi thÐp ®Æc lµ v× ®Ó tr¸nh dßng Fuc« ch¹y trªn ®ã, g©y to¶ nhiÖt. Trong ®ã: n1 : lµ sè vßng d©y cña cuén s¬ cÊp. n2 : lµ sè vßng d©y cña cuén thø cÊp. U1 : §iÖn ¸p xoay chiÒu ®Æt ë ®Çu vµo cuén s¬ cÊp. U2 : §iÖn ¸p xoay chiÒu ë ®Çu ra cña cuén thø cÊp. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña biÕn ¸p nh­ sau: Khi ®Çu vµo s¬ cÊp cña biÕn ¸p ta ®Æt mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu U1 = Ul­íi cã d¹ng h×nh sin (f=50Hz), trong lâi thÐp xuÊt hiÖn mét tõ tr­êng biÕn thiªn theo quy luËt h×nh sin gièng nh­ ®Çu vµo (f=50Hz). Tõ th«ng biÕn thiªn nµy c¶m øng sang bªn cuén d©y thø cÊp mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu còng ë d¹ng h×nh sin víi f= 50Hz nh­ng cã biªn ®é nhá h¬n. Ta cã quan hÖ gi÷a biªn ®é ®iÖn ¸p ra vµ ®iÖn ¸p vµo tû lÖ thuËn víi tû sè vßng d©y n1 vµ n2: (1) Do ®ã, khi n1 > n2 th× U1>U2 Thùc tÕ biªn ®é ®iÖn ¸p U2 cã quan hÖ tØ lÖ thuËn víi c¸c yÕu tè sau: + Biªn ®é ®iÖn ¸p U1. + TØ sè n1/n2. + S: DiÖn tÝch lâi biÕn ¸p. + §é tõ thÈm cña vËt liÖu lµm lâi biÕn ¸p. + f2: TÇn sè cña ®iÖn ¸p h×nh sin ®Çu vµo. Trong b¶n thiÕt kÕ nµy ta sÏ h¹ møc ®iÖn ¸p l­íi tõ 220 V xuèng cßn kho¶ng 18V. Trªn c¬ së ®ã, ta sÏ tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña khèi biÕn ¸p nh­ sè vßng d©y cuèn trªn hai cuén s¬ cÊp, thø cÊp, ®­êng kÝnh d©y cuèn, tiÕt diÖn cña c¸c l¸ thÐp... sao cho phï hîp víi nh÷ng yªu cÇu cña ®Ò bµi. Ii. khèi chØnh l­u NhiÖm vô : BiÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu ë ®Çu ra cuén biÕn ¸p thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu, tuy nhiªn ®iÖn ¸p mét chiÒu nµy cã ®é gîn sãng lín. Nguyªn t¾c: sö dông c¸c phÇn tö tÝch cùc cã ®Æc tuyÕn A-V kh«ng ®èi xøng sao cho dßng ®iÖn qua nã chØ ®i theo mét chiÒu, khi ®ã ®iÖn ¸p thu ®­îc trªn t¶i lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu. C¸c phÇn tö tÝch cùc th­êng ®­îc sö dông lµ: - Diode(Si, Ge): dïng khi c«ng suÊt ra nhá vµ trung b×nh. - Thyristor : dïng khi c«ng suÊt ra lín, cã thÓ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra tuú ý. Trong chØnh l­u b»ng diode , c¸c m¹ch chØnh l­u th­êng ®­îc dïng lµ: · M¹ch chØnh l­u nöa chu kú. · M¹ch chØnh l­u hai nöa chu kú: +M¹ch chØnh l­u c©n b»ng. +M¹ch chØnh l­u cÇu. · M¹ch chØnh l­u béi ¸p (t¨ng ®iÖn ¸p ra khèi chØnh l­u lªn n lÇn so víi ®iÖn ¸p vµo, ë ®©y n lµ hÖ sè béi ¸p). B¶n thiÕt kÕ nµy dïng chØnh l­u cÇu do nã cã nhiÒu ­u ®iÓm so víi c¸c ph­¬ng ph¸p chØnh l­u kh¸c ®ã lµ : Cã hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p cao h¬n so víi chØnh l­u 2 nöa chu kú th«ng th­êng (do trong chØnh l­u 2 nöa chu kú th«ng th­êng th× víi mçi nöa chu kú 1 trong 2 nöa cuén d©y sÏ kh«ng lµm viÖc), tÝnh æn ®Þnh cña ®iÖn ¸p ra sau chØnh l­u, ®iÖn ¸p ng­îc tèi ®a mµ mçi ®ièt ph¶i chÞu ®ùng chØ b»ng 1/2 so víi chØnh l­u nöa chu kú vµ ®é gîn sãng cña ph­¬ng ph¸p chØnh l­u nµy còng gi¶m ®i 2 lÇn so víi chØnh l­u nöa chu kú. - Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña m¹ch chØnh l­u cÇu nh­ sau: Khi : D1 vµ D4 th«ng, D2 vµ D3 t¾t, dßng ®iÖn ch¶y tõ cùc +Uvµo → D1→ Rt¶i → D4 → cùc - Uvµo, Ura ≈ Uvµo. Khi : D2 vµ D3 th«ng, D1 vµ D4 t¾t, dßng ®iÖn ch¶y tõ cùc +Uvµo → D2→ Rt¶i → D3 → cùc - Uvµo, Ura ≈ Uvµo. Nh­ vËy lµ sau hai nöa chu k×, dßng ®iÖn ch¶y qua Rt¶i cïng chiÒu nªn ta cã ®iÖn ¸p ra trong 2 nöa chu kú ®ã cïng dÊu d­¬ng. Sau ®©y lµ gi¶n ®å thêi gian thÓ hiÖn qu¸ tr×nh trªn : Tuy nhiªn do ta sö dông c¸c diode (trong khèi chØnh l­u cÇu) ®Ó n¾n dßng mµ b¶n th©n c¸c diode lµ c¸c phÇn tö phi tuyÕn, chóng sinh ra c¸c thµnh phÇn hµi bËc cao. §Ó lo¹i bá c¸c hµi bËc cao nµyng­êi ta dïng c¸c tô cã chØ sè nhá m¾c song song víi c¸c diode. §èi víi c¸c thµnh phÇn hµi bËc cao th× trë kh¸ng cña c¸c tô nhá nªn chóng ®­îc ng¾n m¹ch xuèng d­íi ®Êt. C¸c tô C1 - C4 lµ c¸c tô läc nguån. iii. khèi läc §iÖn ¸p ra sau khèi chØnh l­u cã ®é gîn sãng lín. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p biÕn thiªn tõ 0 ®Õn Ö2Uvµo-1,4V mét c¸ch chu kú gäi lµ sù gîn sãng cña ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn ra khèi chØnh l­u. Sù gîn sãng nµy lµ do c¸c sãng hµi g©y nªn, lµm mÊt m¸t n¨ng l­îng mét c¸ch v« Ých vµ g©y nhiÔu lo¹n cho sù lµm viÖc cña t¶i. §Ó gi¶m ®é gîn sãng ta sö dông c¸c bé läc. C¸c bé läc th­êng ®­îc sö dông lµ bé läc LC, RC (nèi tiÕp hoÆc song song). Trong thiÕt kÕ nµy ta dïng mét bé läc RC phï hîp víi chØ tiªu ®é gîn sãng lµ 5% (theo yªu cÇu ®Ò bµi). Ta cã c«ng thøc tÝnh ®é gîn sãng cña ®iÖn ¸p ra nh­ sau: Kgs = ∆Ura /Ura tb Víi ∆Ura = Um = Ö2Uvµo-1,4V, vµ Ura tb = 2*Um/ Π. (Um lµ biªn ®é ®iªn ra khèi chØnh l­u cÇu). Suy ra: Kgs = Um / (2*Um/Π) = Π/2 = 157(%) Ta thÊy Kgs cã gi¸ trÞ rÊt lín. CÇn ph¶i gi¶m nhá ®é gîn sãng nµy. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch läc b»ng tô ®iÖn nh­ sau: khi kh«ng cã tô läc: Khi cã tô läc: Ta cã c«ng thøc tÝnh gi¸ trÞ ®iÖn dung cña tô th«ng qua ®é gîn sãng nh­ sau: Trong ®ã: KGS : HÖ sè gîn sãng (thùc tÕ th­êng chän KGS =5%). Rt: §iÖn trë t¶i ( tøc lµ ®iÖn trë ®Çu vµo cña khèi æn ¸p) Tchl: Chu kú chØnh l­u, víi chØnh l­u mét nöa chu kú Tchl=20ms, víi chØnh l­u hai nöa chu kú Tchl=10 ms. iv. khèi æn ¸p KhuÕch ®¹i ®iÒu chinh KhuÕch ®¹i So s¸nh Khèi ph©n ¸p Khèi t¹o ®iÖn ¸p chuÈn khèi æn ¸p so s¸nh lµm viÖc dùa trªn nguyªn lÝ håi tiÕp ©m ®Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra S¬ ®å khèi: Uvµo Ura Khèi khuÕch ®¹i ®iÒu chØnh ®ãng vai trß khèi K(khuÕch ®¹i), tÊt c¶ c¸c khèi cßn l¹i ®ãng vai trß håi tiÕp. Nguyªn t¾c håi tiÕp nh­ sau: Khi ®iÖn ¸p ra t¨ng lªn mét l­îng DUr th× l­îng biÕn thiªn nµy sÏ quay trë l¹i ®Çu vµo nhê khèi håi tiÕp ©m. TÝn hiÖu håi tiÕp ©m ng­îc pha víi tÝn hiÖu vµo do ®ã sÏ lµm suy gi¶m tÝn hiÖu ra, ng­îc l¹i khi ®iÖn ¸p ra gi¶m ®i mét l­îng DUr th× tÝn hiÖu ra khèi håi tiÕp sÏ t¨ng, tÝn hiÖu nµy ®­îc ®­a vµo khèi khuÕch ®¹i ®iÒu chØnh, sÏ bï l¹i sù gi¶m ®iÖn ¸p ra, do vËy ®iÖn ¸p ra lu«n æn ®Þnh. NÕu ta gäi hÖ sè khuÕch ®¹i cña khèi khuÕch ®¹i lµ , cña khèi håi tiÕp lµ vµ cña toµn bé m¹ch sau khi cã håi tiÕp lµ . Ta cã quan hÖ sau: Trong ®ã, g lµ ®é s©u håi tiÕp (g>1). VËy, khi cã håi tiÕp ©m, hÖ sè khuÕch ®¹i gi¶m ®i g lÇn. - Mét vµi ­u ®iÓm cña bé æn ¸p so s¸nh sö dông nguyªn lÝ håi tiÕp ©m: + §iÖn trë vµo t¨ng g lÇn, lµm hiÖu suÊt tõ c¸c tÇng tr­íc ®­a ®Õn tÇng nµy t¨ng lªn, ®ång thêi ®iÖn ¸p cung cÊp cho m¹ch nµy Ýt chÞu ¶nh h­ëng cña sù biÕn ®æi trë kh¸ng ra cña c¸c tÇng tr­íc. + §iÖn trë ra gi¶m g lÇn, gióp ®iÖn ¸p ra Ýt bÞ biÕn ®æi khi gi¸ trÞ ®iÖn trë t¶i thay ®æi (t¨ng ®é æn ®Þnh ). + §é nhÊp nh¸y gi¶m g lÇn. TÊt c¶ c¸c ­u ®iÓm ®Òu gióp cho viÖc æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra. - §iÒu kiÖn ®Ó håi tiÕp ©m lµ: jK + jHT = 1800 - §Ó ®¹t ®­îc ®é æn ®Þnh cao th× yªu cÇu: êK ê. êKHT ê >>1 ( tøc lµ yªu cÇu håi tiÕp ©m s©u) do khi cã håi tiÕp ©m s©u th×: . à Khi ®ã hÖ sè K§ tæng chØ phô thuéc vµo hÖ sè khuÕch ®¹i , kh«ng phô thuéc vµo K(do khèi khuÕch ®¹i ®iÒu chØnh lµ phÇn tö phi tuyÕn nªn K kh«ng æn ®Þnh). - Sau ®©y ta sÏ xem xÐt cô thÓ tõng khèi cña m¹ch æn ¸p so s¸nh 1. Khèi t¹o ®iÖn ¸p chuÈn. Dïng æn ¸p th«ng sè ®Ó t¹o ra 1 ®iÖn ¸p chuÈn ®­a vµo so s¸nh víi ®iÖn ¸p ra cña khèi ph©n ¸p nh»m t¹o ra 1 ®iÖn ¸p ®i ®Õn khèi khuÕch ®¹i ®iÒu chØnh gi÷ ®iÖn ¸p ra kh«ng ®æi. S¬ ®å nguyªn lý: Diode zener lµm viÖc theo hiÖu øng zener : HiÖu øng zener lµ khi ta t¨ng ®iÖn ¸p ph©n cùc ng­îc cho diode ®Õn 1 møc nµo ®Êy (Uz), th× diode bÞ ®¸nh thñng, lóc nµy dßng ®iÖn trong diode t¨ng ®ét ngét, vµ sÏ cã ®é biÕn thiªn rÊt lín mÆc dï ta chØ thay ®æi ®iÖn ¸p ph©n cùc ng­îc mét l­îng rÊt nhá. Ng­êi ta sö dông tÝnh chÊt nµy ®Ó t¹o ra 1 møc ®iÖn ¸p æn ®Þnh (Uz) khi dßng ®iÖn ch¶y qua diode thay ®æi. Uz ®uîc gäi lµ ®iÖn ¸p ®¸nh thñng cña ®i«t zener (hay ®iÖn ¸p ng­îc cho phÐp)à ®Ó ®i«t zener lµm viÖc ®­îc th× ®iÖn ¸p ng­îc tèi thiÓu cung cÊp cho ®i«t zener ph¶i lín h¬n Uz. 2. Khèi ph©n ¸p. N hiÖm vô: T¹o T¹o UPA tØ lÖ víi ®iÖn ¸p ra, dïng lµm tÝn hiÖu so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p chuÈn, nh»m t¹o ra sù chªnh lÖch ®iÖn ¸p ®­a vµo khèi khuÕch ®¹i ®iÒu chØnh. S¬ ®å nguyªn lý: Do Ura lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu nªn ta sö dông ph©n ¸p ®iÖn trë. NÕu ISS << IPA ta cã: RII UPA= URA RI + RII R6, R7, R8 lµ c¸c ®iÖn trë ph©n ¸p. Trong ®ã, R7 lµ biÕn trë vµ t¸ch thµnh 2 ®iÖn trë R7a , R7b. Ta cã: RI=R6 + R7a vµ RII = R8 + R7b. Gi¸ trÞ cña R6, R7, R8 ®­îc chän tuú thuéc vµo gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn ra ch¶y trªn t¶i, dßng ph©n ¸p ®­îc chän sao cho Ipa << Ira . Ipa »(1/10 Ira ). 3. Khèi khuÐch ®¹i so s¸nh. Khèi nµy cã thÓ dïng transistor hay dïng m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Trong b¶n thiÕt kÕ nµy ta sö dông transistor, trong ®ã : Cùc B ®Æt UPA Cùc E ®Æt UchuÈn Cùc C lÊy ra USS §iÖn ¸p vµo cùc B, ra cùc C nªn ®©y lµ m¹ch K§ kiÓu E chung Þ jHT = P. S¬ ®å nguyªn lý: HÖ sè K§_ KHT lµ tÝch cña hÖ sè ph©n ¸p Kpa vµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña khèi K§ so s¸nh Kss. Víi: ; Trong ®ã, : §iÖn trë t­¬ng ®­¬ng xoay chiÒu t¹i cùc C cña transitor. : §IÖn trë trong cùc E cña transistor (). Khi biÕt g ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc ®iÖn trë ra, vµo vµ ®é nhÊp nh¸y cña m¹ch æn ¸p. §Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn håi tiÕp ©m s©u (g lín), hay êK ê. êKHT ê >>1 yªu cÇu Kpa ph¶i lín. ViÖc chän transitor Q4 phô thuéc vµo c«ng suÊt mµ transitor ph¶i chÞu ®ùng: . 4. Khèi khuÕch ®¹i ®iÒu chØnh. Dïng transistor c«ng suÊt cã hÖ sè khuÐch ®¹i lín ®­îc to¶ nhiÖt tèt. TÝn hiÖu so s¸nh ®­îc ®­a vµo ch©n B cña Transistor, tÝn hiÖu ra cã thÓ lÊy ë ch©n E hoÆc ch©n C NÕu lÊy ë ch©n E Þ jK =00 NÕu lÊy ë ch©n C Þ jK =1800 Nh­ng do jHT = 1800 nªn ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn håi tiÕp ©m: jK+jHT=1800 th× yªu cÇu jK =00 MÆt kh¸c c¶ 2 khèi K§ ®iÒu chØnh vµ khèi K§ so s¸nh ®Òu m¾c theo kiÓu E chung do ®ã ®iÒu kiÖn vÒ biªn ®é êKê. êKHT ê>>1 còng tho¶ m·n. Ta cã Ic ≈ I t¶i UCE = U vµo - U ra → PCE = UCE* Ic lín §Ó tÇng khuÕch ®¹i nµy lµm viÖc tèt th× dßng vµo K§ ®iÒu chØnh << dßng ra K§ so s¸nh. Gi¶ sö Ic cña m¹ch so s¸nh = 1mA th× IB cña tÇng ®iÒu chØnh = 0,1mA, nÕu dßng Ic cña tÇng ®iÒu chØnh = 1A th× b = Ic/ IB = 10000 rÊt lín lóc nµy ph¶i chän c¸ch m¾c c¸c Transistor theo kiÓu K§ Darlingt¬n. (b- lµ hÖ sè K§ dßng ®iÖn) S¬ ®å m¾c c¸c Transistor theo kiÓu K§ Darlingt¬n nh­ sau: Tõ s¬ ®å trªn ta thÊy : NÕu gäi b1, b2, b3 lµ hÖ sè K§ cña c¸c ®Ìn T1, T2, T3 th× hÖ sè K§ cña c¶ khèi K§ ®iÒu chØnh lµ : b = b1. b2 . b3 C¸c ®iÖn trë R1, R2, R3 lµ dïng ®Ó triÖt dßng nhiÖt (dßng ng­îc cña c¸c mÆt ghÐp B-C) ch¶y trong c¸c Transistor). S¬ ®å ngyªn lÝ cña khèi æn ¸p: Nguyªn lý æn ¸p nh­ sau: NÕu ®iÖn ¸p ra (Ura) trªn t¶i t¨ng, qua m¹ch ph©n ¸p lµm UPA t¨ng, do UPA ®Æt vµo cùc B, cßn UchuÈn (kh«ng ®æi) ®Æt vµo cùc E cña tÇng K§ so s¸nh (T4) lµm cho UbeT4 t¨ng, khiÕn cho Q4 dÉn ®iÖn m¹nh, IcQ4 t¨ng, g©y sôt ¸p trªn ®iÖn trë R1 nhiÒu, lµm cho UbQ3 gi¶m khiÕn cho Q3 ®Én ®iÖn yÕu vµ kÐo theo sù dÉn ®iÖn yÕu cña Q2, Q1 trong tÇng K§ Darlingt¬n, dÉn ®Õn néi trë cña tÇng K§ nµy t¨ng → sôt ¸p UceQ1 t¨ng → IcQ1 gi¶m, tøc lµ It¶i gi¶m, lµm Ura gi¶m ®Ó æn ®Þnh Þ U ra = const. T­¬ng tù nÕu ®iÖn ¸p ra (Ura) trªn t¶i gi¶m, qua m¹ch ph©n ¸p lµm UPA gi¶m, UchuÈn cña tÇng k§ so s¸nh kh«ng ®æi → UbeQ4 gi¶m → Q4 dÉn ®iÖn yÕu → IcQ4 gi¶m, g©y sôt ¸p trªn ®iÖn trë R1 Ýt, lµm cho UbQ3 t¨ng → Q3 dÉn ®iÖn m¹nh h¬n vµ kÐo theo sù dÉn ®iÖn m¹nh nªn cña Q2, Q1 trong tÇng K§ Darlingt¬n → néi trë cña tÇng K§ nµy gi¶m → UceT1 gi¶m , dßng IcQ1 t¨ng (It¶i t¨ng), lµm Ura t¨ng ®Ó æn ®Þnh Þ U ra = const. - ­u ®iÓm cña m¹ch æn ¸p kiÓu bï: + æn ¸p tèt, ph¹m vi æn ¸p t­¬ng ®èi réng, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc møc ®iÖn ¸p Ura b»ng c¸ch thay ®æi VR7 t­¬ng ®­¬ng víi thay ®æi . Khi VR7 dÞch lªn trªn th× møc ®iÖn ¸p Ura (æn ®Þnh) gi¶m vµ ng­îc l¹i khi VR7 dÞch xuèng d­íi th× møc ®iÖn ¸p Ura (æn ®Þnh) t¨ng. + C«ng suÊt ra ®ñ lín khi chän Q1 cã c«ng suÊt ®ñ lín, do ®ã m¹ch ®iÖn ®­îc sö dông phæ biÕn lµm bé nguån cho nhiÒu thiÕt bÞ ®iÖn tö , m¸y mãc ®iÖn tö. S¬ ®å nguyªn lý tæng qu¸t cña nguån æn ¸p phÇn 3: tÝnh to¸n thiÕt kÕ. TÝnh to¸n cô thÓ, lùa chon linh kiÖn. ph­¬ng thøc thiÕt kÕ cô thÓ. I .Khèi biÕn ¸p: Theo yªu cÇu cña b¶n thiÕt kÕ cÇn 1 ®iÖn ¸p ra æn ®Þnh lµ URA=15V, ta chän ®iÖn ¸p vµo khèi æn ¸p lµ 18V_ KÝ hiÖu lµ UVAO Ta ph¶i chän UVAO lín h¬n URA tèi thiÓu lµ 2V ®Ó dù phßng cho ®é gîn sãng vµ ®iÖn ¸p tiªu thô trªn tÇng K§ Darlington khi m¹ch lµm viÖc. §ång thêi, ta ph¶i céng thªm mét l­îng ®iÖn ¸p r¬i trªn hai ®i«t chØnh l­u (do khi chØnh l­u cÇu th× t¹i 1 nöa chu kú chØ cã 2 diode lµm viÖc). Ta cã gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p ra trªn cuén d©y thø cÊp lµ: U2= UVµO + 0.7*2 = 19,4V TØ sè biÕn ¸p : Theo yªu cÇu thiÕt kÕ Pra = 1W, Ura = 15V nªn: A. NÕu coi tæn hao trªn hai ®i«t chØnh l­u cÇu lµ 10% th× ta cã c«ng suÊt thùc mµ biÕn ¸p cÇn cung cÊp cho m¹ch æn ¸p lµ: W. Dßng ®iÖn ch¹y trªn cuén s¬ cÊp lµ: mA. Ta ph¶i chän cÇu ch× cã dßng tèi ®a lµ 0.01A. §Ó tÝnh diÖn tÝch tiÕt diÖn cña lâi biÕn ¸p ta dùa vµo c«ng thøc: (cm2). (cm2). Chän diÖn tÝch tiÕt diÖn cña lâi biÕn ¸p lµ 1.5 cm2 , ta dïng thÐp kü thuËt t«n-silÝc. Ta dïng d©y dång ®Ó cuèn MËt ®é dßng ®iÖn ch¶y trong d©y ®ång (σ ≤ 3 ), ë ®©y ta chän lµ 1.11, ta tÝnh ®­îc diÖn tÝch tiÕt diÖn vµ ®­êng kÝnh d©y cuèn biÕn ¸p: S¬ cÊp: (mm2). Thø cÊp: (mm2). §­êng kÝnh d©y cuèn biÕn ¸p trªn cuén s¬ cÊp lµ: (mm). §­êng kÝnh d©y cuèn biÕn ¸p trªn cuén thø cÊp lµ: (mm). TÝnh sè vßng d©y cña biÕn ¸p : Ta dùa vµo tû sè Sè vßng d©y trªn cuén s¬ cÊp: (vßng). Sè vßng d©y trªn cuén thø cÊp: (vßng). Sau khi ®· tÝnh to¸n gi¸ trÞ c¸c th«ng sè cña biÕn ¸p ta tiÕn hµnh lùa chän c¸c linh kiÖn kh«ng ®­îc quy chuÈn (lµ c¸c linh kiÖn kh«ng do c¸c nhµ s¶n xuÊt quy ®Þnh tõ tr­íc) lµ: DiÖn tÝch tiÕt diÖn lâi biÕn ¸p:S = 1.5cm2 . §­êng kÝnh d©y cuèn biÕn ¸p trªn hai cuén: S¬ cÊp: mm ; Thø cÊp: mm. Sè vßng d©y trªn hai cuén: S¬ cÊp: (vßng) ; Thø cÊp: (vßng). Chän d©y cuèn lµ d©y ®ång, lâi biÕn ¸p lµ t«n silÝc, mËt ®é dßng ®iÖn ch¶y trong d©y ®ång lµ 1.11. 2. khèi chØnh l­u. Do dßng ch¶y trong cuén thø cÊp cña biÕn ¸p (I2=0.067A), dßng nµy sau ®ã ch¶y vµo trong khèi chØnh l­u cÇu v× vËy yªu cÇu víi c¸c diode ch¶y trong khèi chØnh l­u cÇu ph¶i cã dßng tèi thiÓu lµ 0.067A. Trong tr­êng hîp nµy ta cã thÓ chän lo¹i Diode th­êng (vÝ dô nh­ RS2060) víi dßng 5A cã rÊt nhiÒu trªn thÞ tr­êng. C¸c tô läc C1, C2, C3, C4 lµ c¸c tô läc c¸c hµi bËc cao cã tÇn sè b»ng sè nguyªn lÇn (n >2) tÇn sè cña ®iÖn ¸p vµo. Chän C1 = C2 = C3 = C4 = 0.01uF /100V 3. khèi läc. Sau khi qua khèi chØnh ta thu ®­îc 1 ®iÖn ¸p ë cuén thø cÊp cã biªn ®é lµ 18V, d¹ng ®iÖn ¸p ë cuén thø cÊp cã ®é gîn sãng rÊt lín, v× vËy cÇn cã tô läc ®Ó lo¹i bá sù gîn sang nµy. Tô läc nµy còng ph¶i chÞu ®ùng ®iÖn ¸p vµo lµ 18V, ®Ó ®¶m b¶o tô kh«ng bÞ ®¸nh thñng ta chän tô cã Umax > 18V, trong b¶n thiÕt kÕ nµy ta chän Umax = 25V. §Ó x¸c ®Þnh ®iÖn dung cña tô läc nµy ta dùa vµo ®é gîn sãng sau khèi chØnh l­u theo c«ng thøc sau: Ta chän ®é gîn sãng sau khèi chØnh l­u lµ Kgs=5%=0,05. Tchl : Chu kú chØnh l­u, do chØnh l­u cÇu nªn ta cã: Ta cã U2 = 18V: lµ ®iÖn ¸p vµo khèi æn ¸p, cßn Ic lµ dßng vµo khèi æn ¸p, Ic = 0.067A. §iÖn trë t¶i t­¬ng ®­¬ng W (F). Chän uF/25V. 4. khèi æn ¸p. Khèi K§ ®iÒu chØnh gåm c¸c transistor m¾c kiÓu tÇng K§ Darlington → cÇn tÝnh sè transistor vµ c«ng suÊt chÞu ®ùng cña tõng transistor. Gi¶ sö ta chän Q4 cã: à HÖ sè khuyÕch ®¹i khèi K§ ®iÒu chØnh lµ: Ta thÊy do b chØ cì vµi chôc nªn ta kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i m¾c tÇng K§ ®iÒu chØnh theo kiÓu Darlington, mµ chØ cÇn sö dông 1 Transistor lµ ®ñ. Cho nªn s¬ ®å nguyªn lý phÝa trªn kh«ng cÇn dïng c¶ 3 Transistor Q1, Q2,Q3 mµ chØ cÇn dïng Q1 th«i. §Ó tÝnh c«ng suÊt tèi ®a cho transistor Q1 ta sö dông c«ng thøc Víi Q1: Ta cã thÓ chän Q1 lµ TIP41. - Chän R1 sao cho: . Ta cã: UBQ1» Ura+ 0.7 = 15 + 0.7 = 15.7(V). Víi 0.7(V) lµ UBE o cña Q1. Chän Uvµo min = UBQ1 +1 = 16.7(V). (UVµß lµ ®iÖn ¸p ®­a vµo khèi æn ¸p) Ta cã: VËy : R1 = 1(KW). Khi ®ã: (mA) - R5 th­êng ®­îc chän sao cho , nÕu chän ta tÝnh ®­îc:vµo ë ®©y Uz = 6V), chän R5 = 4.7 KW.. - Víi ®i«t Zener ta cã thÓ chän tuú ý gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®¸nh thñng cña Dz miÔn lµ gi¸ trÞ nµy ph¶i nhá h¬n Ura = 15V( do yªu cÇu ph¶i ®Æt 1 ®iÖn ¸p cã gi¸ trÞ ≥ Uz vµo Dz), tuy nhiªn gi¸ trÞ Uz th­êng ®­îc chän lµ 6V. C«ng suÊt cña Dz cã thÓ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: . Ta cã: (mA) à (mW.) · C«ng suÊt tèi ®a cña transistor Q4 ®­îc tÝnh nh­ sau: (mW). Ta dïng Q4 lµ C828. · TÝnh ®iÖn trë R2 cña transitor Q1( ®iÖn trë R2 cã t¸c dông triÖt tiªu dßng nhiÖt cña mÆt ghÐp B_C). Ta cã: (ë ®©y ta cho b = 67) Ta cã thÓ chän: R2 = 700 W · X¸c ®Þnh R6, VR7 vµ R8: Ta dùa vµo gi¶ thiÕt dßng , Khi ®ã, tæng 3 ®iÖn trë R6, VR7 vµ R8 ph¶i tho¶ m·n: (KW) · §Ó tÝnh cô thÓ R6, VR7 vµ R8 ta cÇn thªm ph­¬ng tr×nh ph©n ¸p: → Ta chän: VËy gi¸ trÞ c¸c linh kiÖn ®­îc lùa chän trong khèi æn ¸p lµ: Q1 :TIP41 ( hoÆc lµ D470 ) Q4: C828. R1=1(KW), R2 = 700W, R5 = 4.7KW, R6 = 3.9KW, R8 = 2.2KW, VR7 = 2.2KW. TÝnh hÖ sè gîn sãng cña c¶ m¹ch: Nh­ ®· nãi ë trªn, ®é nhÊp nh¸y cña ®Çu ra sau m¹ch æn ¸p sÏ tèt lªn mét l­îng ®óng = ®é s©u håi tiÕp g: V× khèi khuÕch ®¹i ®iÒu chØnh m¾c kiÓu C chung nªn hÖ sè khuyÕch ®¹i K»1, mÆt kh¸c, Kht lµ sù tæng hîp cña khèi ph©n ¸p vµ khèi K§ so s¸nh (kiÓu E chung): Trong ®ã, : lÇn l­ît lµ ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng xoay chiÒu vµ ®iÖn trë trong cùc E cña Q4 hai gi¸ trÞ nµy lÇn l­ît : Khi g lín nhÊt (hÖ sè gîn sãng _ K’gs nhá nhÊt), th× Kht ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt àr’eQ4 lµ nhá nhÊt à lµ lín nhÊt = 3.7 (mA) Thay vµo ph­¬ng tr×nh ta ®­îc,: Ta cã : g=1+1*65 = 66 à ®é nhÊp nh¸y cuèi cïng lµ : Cßn khi g nhá nhÊt (hÖ sè gîn sãng lín nhÊt), lóc ®ã th× Kht ®¹t gi¸ trÞ nhá nhÊt àr’eQ4 lµ lín nhÊt à nhá nhÊt = 1 (mA) Ta cã : Ta cã : g=1+1*17.6 = 18.6 à ®é nhÊp nh¸y cuèi cïng lµ : PhÇn 4: KiÓm tra b¶n thiÕt kÕ. Lùa chän c¸c linh kiÖn gÇn ®óng Do c¸c linh kiÖn trªn ta chØ xÐt sao cho phï hîp víi lý thuyÕt nh»m ®¶m b¶o ®­îc c¸c chØ tiªu kÜ thuËt ®· ®­a ra. Nh­ng thùc tÕ th× viÖc lùa chän ®óng ®­îc toµn bé c¸c linh kiÖn trªn lµ ®iÒu kh«ng dÔ thùc hiÖn do c¸c nhµ s¶n xuÊt chØ ®­a ra c¸c linh kiÖn ®· ®­îc quy chu¶n, khi tiÕn hµnh thiÕt kÕ cã thÓ cÇn nh÷ng linh kiÖn kh«ng cã trong sè nh÷ng linh kiÖn ®· ®uîc quy chuÈn v× vËy cÇn ph¶i lùa chän c¸c linh kiÖn gÇn ®óng ®Ó thay thÕ. MÆt kh¸c, cã nh÷ng linh kiªn kh«ng ®­îc quy chuÈn nh­ cuén c¶m, vßng d©y biÕn ¸p còng cÇn ph¶i ®­îc tÝnh to¸n trong qu¸ tr×ng thiÕt kÕ, vÝ dô: Sè vßng d©y, ®­êng kÝnh d©y, chÊt liÖu d©y... - Sau ®©y sÏ lµ b¶n thiÕt kÕ víi nh÷ng linh kiÖn gÇn ®óng ®­îc t×m thÊy kh¸ dÔ dµng trªn thÞ tr­êng nh­ng vÉn ®¶m b¶o ®­îc c¸c chØ tiªu kÜ thuËt ë trªn. + Ta cã Ura = 15V, Pra = 1W → Rt¶i = 152/ 1(W) = 225 (W), ta chän Rt¶i = 220 W. + Gi¸ trÞ cña c¸c linh kiÖn lµ: · R1 = 1 (KW). · R2 = 700 (W). · R5 = 4.7(KW). · R6 = 3.9(KW). · R8 = 2.2(KW). · VR7 = 2.2(KW). · BiÕn ¸p (Transformer) cã dßng I2max = 1A · §ièt cÇu RS206L 5A · Tô läc 1000 uF/50V · Tô C1 = C2 = C3 = C4 = 0.01uF/100V. · Q1 lµ D470 · Q4 lµ C828 · Rtai lµ 220W Sau ®ã ta cho c¸c l¾p r¸p l¹i c¸c linh kiÖn vµ cho ch¹y thö trªn phÇn mÒm Electronic WorkBench th× thu ®­îc c¸c c¸c th«ng sè phï hîp víi c¸c chØ tiªu ®· cho. Víi ®iÖn ¸p hiÖu dông ®o ®­îc khi c¾m vµo ®Çu vµo biÕn ¸p lµ 220VHD th× ®iÖn ¸p vµo m¹ch æn ¸p lµ 14.9VDC , Rt= 220W. S¬ ®å nguyªn lÝ cña m¹ch æn ¸p theo c¸c chØ tiªu cña ®Ò bµi: PhÇn 5. ph­¬ng ¸n thi c«ng Lµm m¹ch in, vÏ m¹ch in. S¬ ®å m¹ch in: Nh÷ng ngyªn t¾c ®· thùc hiÖn trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ m¹ch in ®ã lµ: + Khi thiÕt kÕ m¹ch in ph¶i s¾p xÕp, bè trÝ linh kiÖn hîp lý, chän lo¹i ch©n ®Õ phï hîp víi tõng lo¹i linh kiÖn. + Tr¸nh ®Æt ®iÓm nguån gÇn ®iÓm ®Êt ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng chËp m¹ch khi nguån lµm viÖc. · C¸c b­íc ®Ó lµm m¹ch in: + ThiÕt kÕ m¹ch in b»ng phÇn mÒm Orcad. + In m¹ch ®· ®­îc thiÕt kÕ trªn giÊy scan. + T¹o l­íi cho m¹ch in. + QuÐt mùc lªn tÊm ®ång bac¬lÝt (quÐt mùc lªn trªn tÊm l­íi ®Æt ë trªn tÊm ®ång, chØ nh÷ng chç cã ®­êng m¹ch th× mùc míi xuèng ®­îc tÊm ®ång). + Ph¬i kh« vµ tiÕn hµnh ¨n mßn tÊm ®ång b»ng dung dÞch ®Æc biÖt. + TiÕn hµnh khoan lç ®Ó c¾m linh kiÖn, chó ý chän mòi khoan phï hîp víi m¹ch in. M¹ch in ®­îc thiÕt kÕ trong bµi nµy ®­îc quy chuÈn ®­îc khoan b»ng mòi khoan 0.8mm. + Phñ 1 líp nhùa th«ng ®Ó b¶o vÖ vµ gióp cho viÖc hµn m¹ch sau nµy.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDO AN ANALOG.doc
  • docBia.doc