Đồ án Thiết kế mạch analog

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.