Đồ án Môn học Mạch và thiết bị điện tử - Thiết kế bộ nguồn đa năng

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : MẠCH VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ Đề tài : Thiết kế bộ nguồn đa năng BỘ NGUỒN ĐA NĂNG 15VDC -5V 0V +5V -12V 0V +12V 0V 30VDC  -15V 0V +15V ĐIỆN ÁP RA 0… 30 VDC – 5A  ĐIỆN ÁP RA - DCV – 0.5A ĐIỆN ÁP RA - ACV - 2A 0V 6V 9V 12V 24V MODEL THP 08.2009 PWR NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. ....................................................................................................................... Giáo viên hướng dẫn Lời nói đầu ùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con C đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ tréco đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao. Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Thiết kế chế tạo bộ nguồn đa năng điện áp thấp” nhằm củng cố về mặt kiên thức trong quá trình thực tế. Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót. Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cùng với các thầy giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án. Mục lục Nhận xét của giáo viên hướng dẫn. Lời nói đầu. Mục lục. Phần I: Yêu cầu và mục tiêu đề tài. 1. Phân tích yêu cầu của đề tài. 2. Mục tiêu của đề tài. 3. Các phương án thực hiện. 4. Ý nghiã của đề tài Phần II: Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu các linh kiện I. Máy biến áp II. Điện trở III. Tụ điện IV. Các linh kiện bán dẫn V. Giới thiệu về IC 1. Họ IC 78XX (7805,7809,7812) 2. Họ IC 79XX (7905,7909,7912) 3. IC LM317. Phần III: Tính toán và thiết kế sản phẩm. 1. Tính toán chọn MBA 2. Tính toán thiết kế mạch ổn áp Phần IV: Tổng kết 1. Kết luận. 2. Hướng phát triển của đề tài. Tài liệu tham khảo Sách điện tử công suất tác giả Nguyễn Bính Website: www.google.com.vn www.dientuvietnam.net www.datasheet4u.com 4. Ý Nghĩa của đề tài: Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành. Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là các sinh viên khoa Điện - Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập. Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là giúp cho chúng em hiêủ sâu hơn về nguyên lý mạch nguồn, có thể tự thiết kế ra nó. Từ đó tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ngoài thực tế. Phần I: kế hoạch thực hiện Sau khi nhận đề tài chúng em đã bắt tay ngay vào việc: Thời gian và công việc cụ thể như sau: Tuần 1: gặp thầy giáo hướng dẫn nhận đề tài. Tuần 2: tìm hiểu về đề tài, lĩnh vực ứng dụng, tìm các tài liệu liên quan đến đề tài. Tuần 3: Tìm và thiết kế sơ đồ nguyên lý, tính toán mạch và chọn linh kiện. Tuần 4: test thử trên bo mạch và hiệu chỉnh, xử lý sự cố. Tuần 5: Thiết kế mạch in, lắp ráp sản phẩm, kiểm tra chạy thử sản phẩm. Tuần 6: Hoàn thành lý thuyết. Thời gian đầu nhóm chúng em đã cố gắng gặp thầy liên tục 1 lần trên 1 tuần, qua những lần gặp như vậy chúng em đã được thầy “Nguyễn Đình Hùng” hướng dẫn nhiệt tình, cụ thể phương hướng thực hiện tiếp theo và thầy chỉ rõ những chỗ còn thiếu sót để chúng em khắc phục. PhầnII: Ứng dụng của đề tài Bất cứ đâu, mọi lĩnh vực nào trong cuộc sống cũng cần đến nguồn điện, với bộ nguồn đa năng điện áp thấp có thể cung cấp nguồn cho sinh viên tại các phòng, xưởng thực hành, thí nghiệm tại các trường học. Trong đời sống cũng vậy, nó có thể làm nguồn cung cấp cho các động cơ công suất nhỏ, cấp nguồn cho thiết bị chiếu sáng, nguồn nạp ác quy…. Nhận thấy sự quan trọng của nó nhóm chúng em đã “ thiết kế và chế tạo bộ nguồn đa năng điện áp thấp” . Phần III: Cơ sở lý thuyết GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN I-MÁY BIẾN ÁP 1.Khái niệm, ký hiệu, cấu tạo MBA: a ) Khái niệm. Máy biến áp là thiết bị dùng để tăng hoặc giảm điện áp(hay c ường độ dòng điện) của các dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. b )Cấu tạo: MBA được cấu tạo gồm 1 cuộn dây sơ cấp và vài cuộn dây thứ cấp cuốn trên cùng 1 khung đỡ bằng giấy cách điện, nhựa hay bekelit, bekelit trong có lõi từ khép kín. Lõi thép của biến áp có thể dùng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại hoặc dùng lõi Feritte đúc. Một số ít trrường hợp dùng biến áp có lõi không khí. cuộn sơ cấp là cuộn người ta đưa dòng điện xoay chiều vào, cuộn thứ cấp là cuộn người ta lấy dòng điện đã biến đổi ra để sử dụng. 1. các hệ thức (tỷ số) của máy biến áp · hệ thức điện áp: Gọi n1, n2, là số vòng của dây cuộn sơ cấp và thứ cấp. U1, I1 là điện áp và dòng điện đưa vào cuộn sơ cấp. U2, I2 là điện áp và dòng điện đưa vào cuộn thứ cấp. Do từ thông qua cuộn n1 và n2 bằng nhau nên điện áp pử hai cuộn tỉ lệ với số vòng dây theo hệ thức : U1 n1 = U 2 n2 Tỷ số điện áp bằng tỷ số vong dây. · Hệ thức dòng điện: Khi cuộn dây thứ cấp có điện trở tải R2 thì có dòng điện I2 chạy từ cuộn thứ cấp qua tải R2 I 2 = U 2 R2 Khi cuộn thứ cấp có mắc tải, dòng I2 trong cuộn sơ cấp sẽ tăng lên. hệ thức dòng điện cho bởi: I1 = n2 I 2 n1 tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với tỷ số vòng dây. · Hệ thức công suất: Công suất cung cấp cho mạch sơ cấp là: P1= U1.I1.cos α1 Công suất cung cấp cho mạch thứ cấp là: P2= U2.I2.cos α2 Nếu bỏ qua sự tiêu hao trên cuộn dây và lõi từ, công suất cung cấp cho cuộn sơ cấp sẽ nhận được 100% ở cuộn thứ cấp: P1=P2 Æ U1.I1.cos α1=U2.I2.cos α2 Do biên thế có α1=α2 nên: cos α1=cos α2. ÆU1I1=U2I2 Hay U1 = I 2 U 2 I1 · Hệ thức trở kháng(tổng trở) Gọi Z1 và Z2 là tổng trở ngõ vào và ngõ ra của biến áp: I1 }  Z 2 I1 U 2 n2 Z1 = U1 Z 2 = U 2 I 2 Î Z1 = U1 . I 2 = ( n1 )2 Z1 = Z 2 ( n1 )2 n2 1. Nguyên tắc hoạt động máy biến thế Hoạt động của máy biến thế dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một trong hai cuộn dây của máy biến thế được nối với mạch điện xoay chiều, và gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ và gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện trong cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trường biến thiên trong lõi thép. Từ thông biến thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấu (cũng quấn trên lõi thép) gây ra một dòng điện cảm ứng chạy trong cuộn thứ cấp và trong tải tiêu thụ. 2. Nguyên lí : Khi cho dòng điện xoay chiều điện áp U1 vào cuộn dây sơ cấp , dòng điện I1 sẽ tạo ra từ trường biến thiên chạy trong mạch từ và cảm ứng sang cuộn dây thứ cấp. cuộn dây thứ cấp nhận được từ trường biến thiên sẽ làm từ thông qua cuộn dây biến đổi ,cuộn thứ cấp cảm ứng cho ra dòng điện xoay chiều có điện áp là U2. 3. Các tỉ lệ của biến áp: a)Tỉ lệ về điện áp: do từ thông ở cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng nhau nên từ biểu thức tính U1 và U 2 ta có tỉ lệ: b)Tỉ lệ về dòng điện: khi cuộn thứ cấp có điện trở tải R2 sẽ có dòng điện I2 từ cuộn thứ cấp chạy qua tải. từ áp trong mạch từ được tính theo công thức: do từ áp bằng nhau nên: c)Tỉ lệ về công suất: công suất tiêu thụ ở cuộn thứ cấp: P2 =U2.I Công suất của nguồn cung cấp vào sơ cấp: P1=U1.I Một biến áp lí tưởng được coi như không tiêu hao trên hai cuộn dây sơ cấp,thứ cấp và mạch từ nên công suất ở sơ cấp và thứ cấp bằng nhau. P1=P2 ÆU1I1=U2I2 Thực tế công suất tiêu thụ ở cuộn thứ cấp luôn nhỏ hơn công suất tiêu thụ ở cuộn sơ cấp.do các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có điện trở của dây dẫn nên tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt, lõi từ có dòng điện cảm ứng do từ thông thay đổi sẽ tự kín mạch trong lõi (gọi là dòng điện Foucault)cũng tiêu hao một phần năng lượng dưới dạng nhiệt. Khi biến áp có tải lớn nhất theo công suất danh định (gọi là đầy tải) thì hiệu suất cao nhất khoảng 80-90%. 4.Phân loại: Máy biến thế có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào: · cấu tạo · chức năng · cách thức cách điện · công suất hay hiệu điện thế II-ĐIỆN TRỞ 1. Khái niệm, ký hiệu biểu tượng và phân loại điện trở. a) Khái niệm. Điện trở là sự cản trở dòng điện chảy trong vật dẫn điện. Ký hiệu là: R Được xác định bằng biểu thức: Đơn vị tính: Ohm (Ω)  R = U I b) Ký hiệu của điện trở trong mạch điện. R R VR R to Chuẩn EU Chuẩn US Biến trở Điện trở nhiệt Quang trở c) Phân loại điện trở. * Phân loại theo cấu tạo có 3 loại cơ bản: - Than ép: Loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp. - Màng than: Loại này có công suất > 3W và hoạt động ở tần số cao. - Dây quấn: Loại này có công suất > 5W và hoạt động ở tần số thấp. * Phân loại theo công suất: - Công suất nhỏ: Kích thước nhỏ. - Công suất trung bình: Kích thước lớn hơn. - Công suất lớn: Kích thước lớn nhất. * Lưu ý: - Kích thước càng lớn khả năng tàn nhiệt càng nhiều. - Kích thước càng nhỏ khả năng tản nhiệt càng ít. - Khi ghép nối các điện trở nên chọn có cùng công suất. - Khi thay thế điện trở cũng phải chọn loại cùng công suất. d) Hình dạng thực tế một số loại điện trở. 10 5W 6,8 10W Điện trở thường Điện trở công suất Điện trở công suất Biến trở 2. Mã màu của điện trở. a) Bảng mã màu. (Điện trở 4 vạch mầu) Màu Tên màu (ký hiệu) Số thứ 1 Số thứ 2 Hệ số nhân Sai số % Giá trị của điện trở tính bằng Ω - - - - ±20 Ngân nhũ (SR) - - 10-2 ±10 Kim nhũ (GD) - - 10-1 ±5 Đen (BK) - 0 1 - Nâu (BN) 1 1 101 ±1 Đỏ (RD) 2 2 102 ±2 Cam (OG) 3 3 103 - Vàng (YE) 4 4 104 - Xanh lá (GN) 5 5 105 ±0,5 Xanh lơ (BL) 6 6 106 ±0,25 Tím (VT 7 7 107 ±0,1 Xám (GY) 8 8 108 - Trắng (WH) 9 9 109 - c) Bảng mã màu. (Điện trở 5 vạch mầu) Màu Tên màu (ký hiệu) Số thứ 1 Số thứ 2 Số thứ 3 Hệ số nhân Sai số % Giá trị của điện trở tính bằng Ω - - - - - ±20 Ngân nhũ (SR) - - - 10-2 ±10 Kim nhũ (GD) - - - 10-1 ±5 Đen (BK) - 0 0 1 - Nâu (BN) 1 1 1 101 ±1 Đỏ (RD) 2 2 2 102 ±2 Cam (OG) 3 3 3 103 - Vàng (YE) 4 4 4 104 - Xanh lá (GN) 5 5 5 105 ±0,5 Xanh lơ (BL) 6 6 6 106 ±0,25 Tím (VT 7 7 7 107 ±0,1 Xám (GY) 8 8 8 108 - Trắng (WH) 9 9 9 109 - Ký hiệu giá trị điện trở. Giá trị điện trở R33 3R3 33R K33 3K3 33K M33 3M3 33M 0,33Ω 3,3 Ω 33Ω 0.33 kΩ 3,3 kΩ 33kΩ 0,33 MΩ 3,3 MΩ 33 MΩ 3. Xác định chất lượng của điện trở. * Để xác định chất lượng của điện trở chúng ta có những phương pháp sau: - Quan sát bằng mắt: Kiểm tra xem màu sắc thân điện trở có chỗ nào bị đổi màu hay không. Nếu có thì giá trị của điện có thể bị thay đổi khi làm việc. - Dùng đồng hồ vạn năng và kết hợp với chỉ số ghi trên thân của điện trở để xác định chất lượng của điện trở. * Những hư hỏng thường gặp ở điện trở: - Đứt: Đo Ω không lên. - Cháy: do làm việc quá công suất chịu đựng. - Tăng trị số: Thường xảy ra ở các điện trở bột than, do lâu ngày hoạt tính của lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số của điện trở. - Giảm trị số: Thường xảy ra ở các loại điện trở dây quấn là do bị chạm một số vòng dây(sự cố này ít xảy ra nhất). - 4. Các loại điện trở đặc biệt. a) Điện trở nhiệt (Thermitor). Loại này được chế tạo từ chất bán dẫn, nên có khả năng nhạy cảm với nhiệt độ. - Nhiệt độ tăng làm tăng giá trị của điện trở (Nhiệt trở dương). - Nhiệt độ tăng làm giảm giá trị của điện trở (Nhiệt trở âm). b) Điện trở cảm nhận độ ẩm. - Độ ẩm tăng làm tăng giá trị của điện trở (dương). - Độ ẩm tăng làm giảm giá trị của điện trở (âm). c) Quang trở (Light Dependent Resistor): Được chế tạo có đặc điểm là khi ánh sáng chiếu vào sẽ làm thay đổi giá trị điện trở. d) Biến trở (Variable Resister). - Công dụng: Dùng để biến đổi(thay đổi) giá trị điện trở, qua đó làm thay đổi điện áp hoặc dòng điện ra trên biến trở. Ký hiệu: VR TVR Loại thông thường Loại vi chỉnh - Loại thông thường đòi hỏi sự điều chỉnh với độ chính xác không cao. - Loại vi chỉnh được dùng để hiệu chỉnh độ chính xác của mạch điện. *Lưu ý: Đối với VR loại than, thực tế có 2 loại: A và B. - Loại A: Chỉnh thay đổi chậm đều, được sử dụng để thay đổi âm lượng lớn nhỏ trong Ampli, Cassette, Radio, TV, hoặc chỉnh độ tương phản (Contrass), chỉnh độ sáng (Brightness) ở TV,... Biến trở loại A còn có tên gọi là biến trở tuyến tính. - Loại B: Chỉnh thay đổi đột biến nhanh, sử dụng chỉnh âm sắc trầm bổng ở Ampli. Biến trở loại B còn có tên gọi là biến trở phi tuyến hay biến trở loga. *Hư hỏng thực tế: - Đối với các VR loại than thường gặp các hư hỏng như: đứt, bẩn, rỗ mặt than. Trường hợp mặt than bị bẩn, rỗ mặt sẽ xảy ra hư hỏng thường gặp trong thực tế ví dụ như ở máy Ampli vặn Volume nghe sột sẹt... Để khắc phục nhanh hỏng hóc trong trường hợp này ta dùng xịt gió thổi sạch các cáu bẩn, rồi nhỏ một ít dầu máy khâu vào biến trở là xong. *Cách đo biến trở: - Vặn đồng hồ về thang đo Ohm. - Đo cặp chân 1-3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên thân biến trở. - Đo tiếp cặp chân 1-2 rồi dùng tay chỉnh thử xem kim đồng hồ thay đổi: + Nếu thay đổi chậm ta xác định VR là loại A . + Nếu thay đổi nhanh ta xác định VR là loại B. + Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển hẳn về ∞ là biến bị trở đứt + Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về ∞ rồi lại trở lại vị trí gần đó là biến trở bị bẩn, rỗ mặt. III –TỤ ĐIỆN 1. Khái niệm, ký hiệu biểu tượng và phân loại tụ điện. a) Khái niệm. Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Ký hiệu là: C Được xác định bằng biểu thức: Đơn vị tính: Fara (F)  C = 1 2.p .f.X C  I C X = UC C b) Ký hiệu của tụ điện trong mạch điện. EMBED Tụ không Tụ hoá Tụ hoá Tụ hoá Tụ biến phân cực có phân cực có phân cực không phân cực dung và tụ vi chỉnh tụ. c) Phân loại tụ điện. Có rất nhiều phương pháp phân loại nhưng ở đây ta dựa trên cơ sở chất chế tạo bên trong tụ điện thì có các loại sau: o Nhóm tụ Mica, tụ Sêlen, tụ Ceramic nhóm này làm việc ở khu vực tần số cao tần. o Nhóm tụ sứ, sành, giấy, dầu: Nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trung bình. o Tụ hoá học hoạt động ở khu vực có tần số thấp. d) Công dụng của tụ điện. - Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn dòng một chiều. - Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ. - Đơn vị đo điện dung ở mạch điện tử gồm: pF (Pico Fara), nF (nano Fara), µF (Micro Fara) - Khi sử dụng tụ ta phải quan tâm đến 2 thông số: o Điện dung: Cho biết khả năng chứa điện của tụ. o Điện áp: Cho biết khả năng chịu đựng của tụ. e) Ghép tụ: - Ghép nối tiếp làm giảm trị số của tụ, Ghép song song làm tăng trị số của - Ghép tụ hoá nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nối cùng cực. 2. Hình dạng thực tế và cách đọc trị số của tụ. 104  H.1 203 25  H.2 .01 50  H.3 1500 1,5KV  H.4 100µF 50V C = 10.104 pF = 0,1 µF  C = 20.103 pF = 20 nF 10µF 16V U = 25V  C = 0,01 µF U = 50V  C = 1500 pF U = 1,5KV 1000µF 25V H.5 C = 100µF U = 50V  H.6 C = 10µF U = 16V H.7 C = 1000 µF U = 25V - Cũng tương tự như điện trở, tuỳ theo kích thước của tụ mà người ta có thể ghi trực tiếp giá trị của tụ và điện áp chịu đựng lên thân tụ. Ví dụ như các hình 4, 5, 6, 7. - Nếu tụ nhỏ người ta có thể quy ước như hình 1, 2, 3: o Với tụ 104 thì tương ứng là 10. 104 đơn vị tính là pF. o Với tụ ký hiệu bằng 2 số thì đọc trực tiếp đơn vị là nF: 68 tương ứng 68nF o Với tụ .01 thì tương ứng là 0,01 và đơn vị tính là µF. 3. Xác định chất lượng của tụ điện. dụng thang đo Ohm của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim. - Khi đo tụ >100µF Chọn thang đo x1 - Khi đo tụ 10àF đến 100 µF Chọn thang đo x10 - Khi đo tụ 104 đến 10 µF Chọn thang đo x1K - Khi đo tụ 102 đến 104 Chọn thang đo x10K - Khi đo tụ 100pF đến 102 Chọn thang đo x1M - Khi đo tụ <100pF Chọn thang đo x10M Đo 2 lần có đảo chiều que đo: - Nếu kim vọt lên rồi trả về hết: Khả năng nạp xả của tụ còn tốt. - Nếu kim vọt lên 0Ω : Tụ bị nối tắt (Bị đánh thủng, bị chạm, chập) - Nếu kim vọt lên trả về không hết: Tụ bị rò rỉ. - Nếu kim vọt lên trả về lờ đờ: Tụ bị khô. - Nếu kim không lên: Tụ bị đứt (Chú ý: Kiểm tra tụ không đúng thang đo, không đủ kích thích cho tụ nạp xả được) IV-LINH KIỆN BÁN DẪN 1. Diode bán dẫn. . Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống Æ tạo thành một lớp iôn trung hoà về điệnÆ lớp iôn này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn. Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode * Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn. Ký hiệu và hình dáng của Diod bán dẫn i,A điện áp rơi điện áp chọc thủng Đường đặc tính vôn-ampe của diode 2. Phân cực thuận cho Diode. u,V Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V ) Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode * Kết luận : Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V . 3. Phân cực ngược cho Diode. Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng. Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V 4. Các loại Diode 4.1. Diode Zener * Cấu tạo : Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode. Hình dáng Diode Zener ( Dz ) Ký hiệu và ứng dụng của Diode zener trong mạch. · Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi, Dz là diode ổn áp, R1 là trở hạn dòng. · Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi. · Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA. · Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => 2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz < 30mA. Nếu U1 < Dz thì khi U1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi Nếu U1 > Dz thì khi U1 thay đổi => áp trên Dz không đổi. 4.2. Diode Thu quang. ( Photo Diode ) Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P - N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode. Ký hiệu của Photo Diode 4.3. Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED ) Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện . vv... Diode phát quang LED .4. Diode Varicap ( Diode biến dung ) Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode. Ứng dụng của Diode biến dung Varicap ( VD ) trong mạch cộng hưởng · Ở hình trên khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi , điện dung của diode thay đổi => làm thay đổi tần số công hưởng của mạch. · Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp. 4.5. Diode xung Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu. diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần. Về đặc điểm , hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng Ký hiệu của Diode xung 4.6. Diode tách sóng. Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P - N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu. 4.7. Diode nắn điện. Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC 50Hz , Diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A. Diode nắn điện 5A 5. Ứng dụng của Diode bán dẫn . * Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động . trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng . Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều . GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IC IC(Intergated – Cirouit) 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 tram 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 kết tụ (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. 1. IC 78XX Cáu tạo và hình dạng của họ IC 78XX * Chức năng họ IC 78XX nói chung: Họ IC 78XX có chức năng tạo điện áp ở đầu ra cố định ở mức +XX 4. IC79XX Cáu tạo và hình dạng của họ IC 79XX * Chức năng họ IC 79XX nói chung: Họ IC 79XX có chức năng tạo điện áp ở đầu ra cố định ở mức -XX IC LM317 LM317 là ổn áp dương có điều chỉnh dải điên áp từ 1,25 vol đến 30Vol tương đương 78xx khi điều chỉnh ở điện áp xx. Cáu tạo cơ khí và hình dạng của IC LM317 2 3 Hoạt động và tính toán mạch điện ổn định dòng điện (constant current source) LM317 là IC ổn áp 3 chân : 1 chân In đến đấu + nguồn, , Out nối tới tải , Adj để điều chỉnh điện áp mẫu, điện áp mẫu ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp ra, điện áp này min = 1,2 Vol . Do đặc tính đáp ứng của LM317 nên nếu ta cho thêm một điện trở tải vào điểm Adj và Out thì điện áp này sẽ được IC phản ứng tác động bù bằng cách níu kéo ổn định ở 1,2 Vol, kết quả của phản ứng này ta thu được một hiệu ứng gương dòng trên tải đầu ra. Hoạt động cụ thể của tác động đó như sau : với U Adj-out = 1,2 vol nếu chúng ta đặt vào đó một điện trở có trị số 18 Ohm thì I qua R ref đó là 1,2/18= 66miliampe. * Trong trường hợp điện áp vào biến thiên tăng Æ điện áp ra trong chốt lát có chiều hướng tăng Æ làm cho dòng trên tải có chiều hướng nhích lên, điện áp trên nó tăng lênÆ ngay tức thì phản ứng của LM317 là nhận biết sự biến thiên này và “kéo điện áp ra thấp xuống”Æ Hệ quả là điện áp trở lại trạng thái ban đầu và dòng điện dĩ nhiên là đuợc xác lập laị tại trị số gần như không thay đổi với trạn thái ban đầu. * Trong trường hợp điện áp vào giảm, phản ứng cuả mạch điện xảy ra theo chiều ngược lại và dòng điện được giữ không đổi tương tự như trường hợp trên. Điều chỉnh điện áp ra từ 1.25 - 30V 1A dùng LM317T Phần IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM Sơ đồ nguyên lý : PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG -Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị thích hợp với yêu cầu, ở đây biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị là:… -Mạch chỉnh lưu chuyển tiếp điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một không bằng phẳng U3(có giá trị thay đổi nhấp nhô) -Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp 1 chiều đập mạch U3 thành điện áp 1 chiều U4 ít nhấp nhô hơn. -Bộ ổn áp 1 chiều( ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp(dòng điện) ở đầu ra của nó Ura khi U4 bị thay đổi theo sự mất ổn định của nó. Bộ nguồn đa năng điều chỉnh gồm có 4 phần chính: BiÕn ¸p U1 AC  U2 AC M¹ch chØnh l−u Bé läc U3 DC æn ¸p U4 DC mét chiÒu  Ura DC * Phần 1: Gồm 1 cuộn dây sơ cấp hoặc vài cuộn dây thứ cấp quấn trên cùng 1 khung đỡ bằng giấy cách điện nhựa hay bakelit,bên trong có lõi thép khép kín Lõi thép của biến áp có thể dùngcác lá thép kĩ thuật điện ghép lại với nhau hoặc dung lõi khép kín . Lõi thép của máy biến áp có thể dung các lá thép kĩ thuật điện ghép lại hộăc dung lõi Feritte đúc. Một số ít trường hợp dung biến áp không khí. Cuọn sơ cấp là cuộn mà người ta đưa dòng điện xoay chiều vào, cuộn thứ cấp la cuộn đưa dòng điện đã được biến đổi ra ngoài để sử dụng. Ở đây ta sử dụng biến áp biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều có giá trị là 6V, 9V , 12V, 15V ,24V….. * Phần 2: Mạch chỉnh lưu toàn song dung cầu đioe. -Giả sử ở bán kỳ dương ứng với điểm A dương (+),điểm B âm (-), các đioe D1 ,D3 phân cực thuận nên dẫn điện , dòng điện đi từ A quan D1 , qua tải sau đó qua D3 và về B . Trong khi đó D2 , D4 phân cực ngược nên không dẫn điện. - Ở bấn kỳ âm của điện ápvào U1, điểm B dương so vơi điểm A. lúc này D2, D4 phân cực thuận nên dẫn điện. Dòng điẹn đi từ B qua D2 sau đó quả tải qua D4 và về A.. Và lúc này D1 và D3 phân cực ngược nên không dẫn điện. -Như vậy trong cả hai nửa chu kỳ của tín hiệu vào U1.có dòng diện 1 chiều qua tảivà tạo ra điện áp 1 chiều ở ngõ ra tức U3 lúc này là diện áp ra không bằng phẳng. * Mạch lọc dung tụ điện : Mạch lọc này có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U3 thành điện áp 1 chiều ít nhấp nhô hơn. Khi điện áp 1 chiều tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất Vmax ,tụ điện được nạp điện đến giá trị UC=Umax. Khi điện áp ra giảm từ đỉnh về 0, tụ điện xả điện bù vào sự giảm độ gợn sóng của điện áp 1 chiều đập mạch , đồng thời giá trị trung bình của điện áp 1 chiều ở ngõ ra cũng tăng lên . Điện áp 1 chiều ra 1 chiều có đọ gợn sóng nhỏ phụ thuộc vào tải. nếu dòng tải nhỏ, tụ phóng điện yếu do đó đọ gợn sóng nhỏ. Nếu sóng nhỏ phụ thuộc vào tải. Nếu dòng tải nhỏ, tụ phóng điện yếu do đó độ gợn sóng nhỏ. Nếu dòng tải lớn tụ điện phóg điện nhiều hơn do đó độ gợn sóng lớn. Độ gợn sóng cũng phụ thuộc vào điện dung của tụ điện. Tác dụng của tụ điện: Trong dòng điện 1 chiều điện áp đập mạch U3 gồm cả 2 thành hần1 chiều và thành phần xoay chiều còn sót lại, do đó đạc tính của tụ điện chỉ cho dòng xoay chiều đi qua mà không cho dòng 1 chiều đi qua. nếu chọn C có trị số tương đối lớn thí Xc khá nhỏ, nên thành phần xoay chiều lúc này sẽ qua tụ xuống mass mà không di qua tải. Thành phần 1 chiều không thẻ qua tụ C nên toàn bộ đi qua tải. Vì vậy trong mạch ta chọn các tụ: C2, C4, C6, C8, C10 ,C12 ,C14 ,C16 ,C17 ,C18:có nhiệm vụ san bằng mức điện áp cao C1,C3 , C5 ,C7 ,C9 ,C11 ,C13 ,C15 :có nhiệm vụ lọc xung đột biến 2 .Tính toán về mạch công suất có điện áp đầu ra thay đổi từ 0 -30V , với dòng 3A Sơ đồ nguyên lý của IC LM317 Nguyên lý hoạt động của mạch như sau: Khi đặt 1 điện áp 3V ≤ Uvào – Ura ≤ 40V vào chân số 3 của IC LM317T thì tại đầu ra của IC ta thu được 1 giá trị điện áp từ 1.25 - 30V. Muốn thay đổi giá trị điện áp thì ta thay đổi giá trị của biến trở R2. Đầu vào ta dùng 3 con IC ổn áp LM317T mắc song song để thay cho 1 IC ổn áp LM338, vì mỗi IC LM317T cũng có điện áp đầu ra từ 1,25-30V,Giá trị dọng điện duy trì khoảng 1A. Với dòng điện yêu cầu là 3A và mức điện áp đầu ra thay đổi từ 1.25-30V,ta có thể thay thế theo sơ đồ trên. Tính toán giá trị R2 (theo sơ đồ hình trên) Chọn R1 bằng 280Ω Ura=1.25(1+ R2 ) + Iadj. R2 R3 Iadj=50µA Ura min=1.25V Ura max=30V Nếu Ura max=30VÆUra= 1.25(1+ R2 ) + Iadj.R2=30V R3 R2= ÆNếu ta chọn R1=220 Æ R2= 5.016k Giả sử tải thuần trở. Ta chọn tải có trở R2=10k Ở mức điện áp chuẩn Uchuẩn=1,25V Nếu đầu ra của biến trở R2 được nối với điểm có mức điện áp -1,25V thì ta có thể điều chỉnh đc điện áp ở mức đầu ra Ura min= 0V Trong trường hợp cụ thể điện áp ra có thể điều chỉnh trong phạm vi từ 0VÆ 30V Thì Ira=3A có toả nhiệt Tính toán khối 78XX,79XX Sơ đồ nguyên lý của khối 78XX,79XX 2. Tính toán giá trị tụ điện: Ta có công thức = Kc = : ( điện tử công suất của Nguyễn Bính) Ù 8Kc(Rf)2 C2 -4RfC +1 =0 (*) Với f=50Hz Chọn Kc=0.01 Tính giá trị tụ điện cho khối IC LM317 Vì muốn xác định tổng trở của tải rất khó khăn nên ta coi tải như một giá trị điện trở. Với mức đầu ra lớn nhất là 30V và trị số dòng điện 3A ta xác định được điện trở của tải: + R= 10Ω theo (*) ta có: C1= 33166 µF C2=167,508 µF Ta lấy giá trị nhỏ C2= 167.508 µF Chọn C= 2200µF Tính toán giá trị tụ điện với khối IC 78XX,79XX Tương tự như trên ta xác định được giá trị điện trở ứng với công suất của lớn nhất của tải: +R=30Ω theo (*) ta có: C1= 99497 µF C2= 502,525µF Ta lấy giá trị nhỏ C2= 502.525 µF Chọn C= 2200µF 3. Tính toán và thiết kế MBA. *Máy biến áp cấp nguồn cho IC LM317 và khối điện áp ra xoay chiều: Để có điện áp tại đầu ra của IC LM317 tới 30V, dòng 3A ta cần nguồn cho nó phải lớn hơn 33V. Tính toán phần nguồn từ máy biến áp cấp cho khối LM 317 Ta có công thức P3= U3.I3 Vì các phần tử trong khối mắc nối tiếp nên dòng I2 trong cuộn sơ cấp của máy biến áp có giá trị bằng dòng điện của khối:I3=3A. U3=Uv+UU (Uv là điện áp đưa vào IC LM317, UU là điện áp rơi trên van chỉnh lưu) Ta dùng phương pháp chỉnh lưu 2 nửa chu kì nên giá trị UU=1,4V Với Uv chọn là 33V ta tính được giá trị của U3 = 33+1,4 = 34,4V Æ P3= U3.I3 = 34,4 . 3 = 103,2 W. Phần nguồn dành cho khối ra xoay chiều P4= U4 . I4 = 24 . 2 = 48 W (U4 là mức điện áp xoay chiều ra lớn nhất,I4 =2A) Vậy ta chọn máy biến áp có công suất P2 bên thứ cấp là: P2 = P3+P4 =103,2 + 48 = 151,2 W +Tính tiết diện của lõi thép từ S: S= a.b (Cm2) +Tính công suất:  P = (  S )2 với K1= 1.1 Æ 1.3 K1 Ta nên chọn k1= 1.2 Từ công thức trên ta có : S=  p.(k1^2) =  151.2(1.2^2)  = 14.76 Cm2 Ta có thể chọn kích cỡ lõi thép từ với a = 3 cm, b = 5 cm +Tính dòng điện: (Coi máy biến áp là lý tưởng) -dòng thứ cấp: Chọn I2 =Max(I3,I4) = 3A -dòng sơ cấp:  I2= 3 A Chọn hiệu suất của máy biến áp h =0,85 Công suất của phần sơ cấp của máy biến áp h = P2 P1 ÆP1 = P2 = 151,2 =177,88 W h 0,85 .Ta chọn máy biến áp có công suất ≥ 177,88 W I1 = P1 = 177,88 = 0,8 A +Tính đường kính dây: - Đường kính dây vào: U1 220 d1= 1,13 I1 -đường kính dây ra: = 1,13 0,8 =1,02 (mm) d2=1,13 + Tính số vòng /1 Vôn I 2 =1,13. 3 = 1,96 (mm) N= K = vòng / vôn S (tra bảng công suất máy biến áp ta có K=45) N= 45 =3,05 (vòng/Vôn) 14,76 +Tính số vòng dây: - Số vòng dây sơ cấp:  W1 = N.U1=3,05.220 = 617 (vòng) -Số vòng dây thứ cấp:  W2 = N.U2 =3,05.U2 (vòng) Với U2 =6 V ta được W2 =18.3 (vòng) U2 =9 V ta được W2 =27,45 (vòng) U2 =12 V ta được W2 =36,6 (vòng) U2 =24 V ta được W2 =73,2 (vòng) *Máy biến áp cấp cho họ 78XX,79XX Công suất cần cấp là: P2 = I2 . U2 Cũng theo cách tính như ở phần trên Với Uv = 16V ; UU = 1,4V Ta tính được U2= Uv+UU = 16+1,4 = 17,4 V Dòng điện I4 bằng dòng điện của khối :I2 =0,5A Tính tiết diện lõi thép ta có : S= p.(k1^2) = 8,7(1.2^2) = 3,54 Cm2 Chọn a=2,5cm . b = 1,5cm Công suất của cuộn sơ cấp ÆP2= U2.I2 = 17,4 . 0,5 =8,7 W P1 =  P2 h (chọn h = 0,85) ÆP1= 8,7 0,85 =10,24 W .Ta chọn máy biến áp có công suất ≥ 10,24 W Tính dòng điện cuộn sơ cấp I1= P1 = 10,24 =0,046 A U1 220 Tính đường kính dây quấn Đường kính dây quấn sơ cấp d1=1,13  I 2 =1,13.  0,046  = 0,24 (mm) đường kính dây quấn thứ cấp d2=1,13  I 2 =1,13.  0,5  = 0,8 (mm) Thi công mạch in B1:chuyển từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ mạch in,vẽ mạch. Phần mềm vẽ mạch in là proteus Bước2 Mặt dưới của bo mạch Gia công mạch in bằng các thiết bị có sẵn Bước 3 Lắp linh kiện vào mạch in và hàn Bước 4: Ráp mạch in vào vỏ của sản phẩm Phần IV: TỔNG KẾT Qua quá trình thực hiện đề tài: “Thiết kế chế tạo bộ nguồn đa năng điện áp thấp” đã giúp chúng em củng cố lại kiến thức đã học, hiểu thêm được kiến thức mới và rèn luyện thêm về kỹ năng thiết kế, vẽ mạch, làm mạch. Đồng thời qua đó chúng em tự đánh giá được năng lực của bản thân. Qua thời gian thực hiện đề tài mỗi người trong chúng em đã quen dần với việc làm việc độc lập cũng như làm việc theo nhóm, biết cách tổ chức công việc và thời gian hợp lý. Đó là một thành quả lớn trong quá trình học tập mà chúng em đã đạt được. Trong quá trình thực hiện đề tài này mặc dù đã gặp nhiều khó khăn song với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy “ Nguyễn Đình Hùng” cùng với sự lỗ lực của mỗi thành viên trong nhóm, chúng em đã hoàn thành đề tài. Tuy nhiên do kiến thức của chúng em còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy Nguyễn Đình Hùng và của các thầy cô trong khoa cùng toàn thể các bạn sinh viên để đề tài này của chúng em thêm hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn!