Mạch ổn áp Tham Số Dùng Transistor - 123doc

c. Mạch ổn áp có điều chỉnh: Hình 6.4

2.2 Mạch ổn áp tham số dùng transistor

a. .Mạch ổn áp tham số:

Mạch lợi dụng tính ổn áp của diot zêne và điện áp phân cực thuận của tranzito để thiết lập mạch ổn áp (Hình 6.5)

Hình 6.5 : Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN Q: Tranzito ổn áp

Rb: Điện áp phân cực B cho tranzito và điot zêne

Ở mạch này cực B của tranzito được giữ mức điện áp ổn định nhờ điot zêne và điện áp ngõ ra là điện áp của điện áp zêne và điện áp phân cực thuận của tranzito

Vbe Vz Vo= +

Vz: Điện áp zêne

Vbe: Điện áp phân cực thuận của Tranzito (0,5 – 0,8v)

Điện áp cung cấp cho mạch được lấy trên cực E của tranzito, tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà mạch được thiết kế có dòng cung cấp từ vài mA đến hầng trăm mA, ở các mạch điện có dòng cung cấp lớn thường song song với mạch được mắc thêm một điện trở Rc khoảng vài chục đến vài trăm Ohm như hình 6.6 gọi là trở gánh dòng.

Việc chọn tranzito cũng được chọn tương thích với dòng tiêu thụ của mạch điện để tránh dư thừa làm mạch điện cồng kềnh và dòng phân cực qua lớn làm cho điện áp phân cực Vbe không ổn định dẫn đến điện áp cung cấp cho tải kém ổn định.

Hình 6.6: Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN có điện trở gánh dòng

b. Mạch ổn áp có điều chỉnh: Hình 6.7

Mạch ổn áp này có thể điều chỉnh được điện áp ngõ ra và có độ ổn định cao nhờ đường vòng hồi tiếp điện áp ngõ ra nên cò được gọi là ổn áp có hồi tiếp.

Hình 6.7: Mạch ổn áp có điều chỉnh Nhiệm vụ của các linh kiện trong mạch như sau:

+ Q1: Tranzito ổn áp, cấp dòng điện cho mạch + Q2: Khuếch đại điện áp một chiều

+ Q3: So sánh điện áp được gọi là dò sai + Rc: Trở gánh dòng

+ R1, R2: Phân cực cho Q2

+ R3: Hạn dòng cấp nguồn cho Q3

+ R4: Phân cực cho zener, tạo điện áp chuẩn cố định cho cực E Q3 gọi là tham chiếu

+ R5, R6, Vr: cầu chia thế phân cực cho B Q3 gọi là lấy mẫu. + C1: Chống đột biến điện áp.

+ C2: Lọc nguồn sau ổn áp cách li nguồn với điện áp một chiều từ mạch ngoài.

 Hoạt động của mạch được chia làm hai giai đoạn như sau:

Giai đoạn cấp điện: Là giai đoạn lấy nguồn ngoài cấp điện cho mạch được thực hiện gồm Rc, Q1, Q2, R1, R2 Nhờ quá trình cấp điện từ nguồn đến cực C của Q1, Q2 và phân cực nhờ cầu chia điện áp R1, R2 làm cho hai tranzito Q1, Q2 dẫn điện. Trong đó Q2 dẫn điện phân cực cho Q1, dòng qua Q1 cùng với dòng qua điện trở Rcgánh dòng cấp nguồn cho tải. Trong các mạch có dòng cung cấp thấp thì không cần điện trở gánh dòng Rc.

Giai đoạn ổn áp: Điện áp ngõ ra một phần quay trở về Q3 qua cầu chia thế R5, R6, Vr đặt vào cực B. do điện áp tại chân E được giữ cố định nên điện áp tại cực C thay đổi theo điện áp tại cực B nhưng ngược pha, qua điện trở R3 đặt vào cực B Q2 khuếch đại điện áp một chiều thay đổi đặt vào cực B của Q1 để điều chỉnh điện áp ngõ ra, cấp điện ổn định cho mạch. Điện áp ngõ ra có

thể điều chỉnh được khoảng 20% so với thiết kế nhờ biến trở Vr. Hoạt động của Q1 trong mạch giống như một điện trở biến đổi được để ổn áp.

Mạch ổn áp này có dòng điện cung cấp cho mạch tương đối lớn có thể lên đến vài Amp và điện áp cung cấp lên đến hàng trăm Volt.

c. Mạch ổn áp không tuyến tính:

Mạch ổn áp không tuyến tính có nhược điểm khó thiết kế nhưng có nhiều ưu điểm như: có độ ổn định cao ngay cả khi nguồn ngoài thay đổi, tổn thất công suất thấp, không gây hư hỏng cho mạch điện khi ổn áp bị đánh thủng và có thể thiết kế được các mức điện áp,và dòng điện theo ý muốn. Trong thực tế mạch ổn áp không tuyến tính cũng có nhiều dạng mạch khác nhau, trong đó mạch dùng tranzito và IC là thông dụng hiện nay Chủ yếu là ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt . Mạch điện điển hình dùng tranzito có dạng mạch đơn giản như hình 6.8

Hình 6.8: Mạch ổn áp ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt

Trong mạch Tranzito Q đóng vai trò là phần tử dao động đồng thời là phần tử ổn áp, T là biến áp dao động nghẹt đồng thời là biến áp tạo nguồn thứ cấp cung cấp điện cho mạch điên hoặc thiết bị. C1, R1 giữ vai trò là mạch hồi tiếp xung để duy trì dao động. R4 làm nhiệm vụ phân cực ban đầu cho mạch hoạt động. D3, R4, C4, C5 làm nhiệm vụ chống quá áp bảo vệ tranzito. Các linh kiện D1, R2, C3, C2.Tạo nguồn cung cho mạch ổn áp.D2 làm nhiệm vụ tạo điện áp chuẩn cho mạch ổn áp gọi là tham chiếu.

Hoạt động của mạch cũng tương tự như mạch ổn áp có điều chỉnh gồm có hai giai đoạn.

Giai đoạn tạo nguồn. Được thực hiện như sau: Điện áp một chiều từ nguồn ngoài được tiếp tế đến cực C của Q qua cuộn sơ cấp của biến áp T, một phần được đưa đến cực B của tranzito qua điện trở phân cực R3 làm cho tranzito chuyển trạng thái từ không dẫn điện sang trạng thái dẫn điện sinh ra dòng điện chạy trên cuộn sơ cấp của biến áp T, dòng điện biến thiên này cảm

ứng lên các cuộn thứ cấp hình thành xung hòi tiếp về cực B của Tranzito Q để duy trì dao động gọi là dao động nghẹt. Xung dao động nghẹt lấy trên cuộn thứ cấp khác được nắn bởi điôt D4 và lọc bởi tụ C7 hình thanh nguồn một chiều thứ cấp cung cấp điện áp cho mạch điện lúc này điện áp ngõ ra chưa được ổn định.

Giai đoạn ổn áp. Được thực hiện bởi một nhánh thứ cấp khác nắn lọc xung để hình thành điện áp một chiều có giá trị âm nhờ D1, C3 đặt vào cực B của tranzito Q qua Diot zener D2 điều chỉnh điện áp phân cực của tranzito Q để ổn định điện áp ngõ ra. Giữ điện áp ngõ ra được ổn định.

Để hiểu rõ nguyên tắc ổn định điện áp của mạch, giả thuyết điện áp ngõ ra tăng đồng thời cũng làm cho điện áp âm được hình thành từ D1 và C3 cũng tăng làm cho điện áp tại anôt của zener D2 tăng kéo theo điện áp tại catôt giảm làm giảm dòng phân cực cho Q ổn áp dẫn điện yếu điện áp ngõ ra giảm bù lại sự tăng ban đầu giữ ở mức ổn định. Hoạt động của mạch sảy ra ngược lại khi điện áp ngõ ra giảm cũng làm cho điện áp âm tại Anod của D2 giảm làm cho điện áp tại catôt tăng nên tăng phân cực B cho tranzito Q do đó Q dẫn mạnh làm tăng điện áp ngõ ra bù lại sự giảm ban đầu điện áp ra ổn định.

Mạch điện Hình 6.8 chỉ được dùng cung cấp nguồn cho các mạch điện có dòng tiêu thụ nhỏ và sự biến động điện áp ngõ vào thấp. Trong các mạch cần có dòng tiêu thụ lớn, tầm dò sai rộng thì cấu trúc mạch điện phức tạp hơn, dùng nhiều linh kiện hơn, kể cả tranzito, các thành phần của hệ thống ổn áp được hoàn chỉnh đầy đủ sẽ có: ổn áp, dò sai, tham chiếu, lấy mẫu và bảo vệ nếu hệ thống nguồn cần độ an toàn cao.

Hình 6.2: Mạch ổn áp dùng IC

Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ (≤ 20mA). Để có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ dưới đây.

Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm B không thay đổi và tương đối phẳng.

Nguyên lý ổn áp : Thông qua điện trở R1 và Dz gim cố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân

E đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại ...

Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng dãi và người ta đã sản xuất các loại IC họ LA78..để thay thế cho mạch ổn áp trên, IC LA78.. có sơ đồ mạch như phần mạch có mầu xanh của sơ đồ trên.

Hình 6.3 IC ổn áp

Lưu ý :

Họ IC78.. chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi ráp IC trong mạch thì U in > Uout từ 3 đến 5V khi đó IC mới phát huy tác dụng

 Mạch ổn áp tuyến tính 78XX- 79XX

Họ 78xx: Ổn định điện áp dương. xx là giá trị điện áp đầu ra chẳng hạn 7805: 5V, 7809:9V...

- Họ 79xx: Ổn định điện áp âm, xx là giá trị điện áp đầu ra chẳng hạn 7905:- 5V, 7909:-9V,..

78xx để ổn định điện áp dương đầu ra với điện áp đầu vào luôn luôn lớn hơn

đầu ra 3V.

78xx gồm 3 chân :

1 : Vin - Nguồn vào 2 : GND - Nối đất 3 : Vo - Nguồn ra.

Nguyên lý mạch: Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện bé ( ≤ 20mA ). Để có thể tạo ra một điện áp ổn định nhưng cho dòng điện lớn hơn người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại dòng như sơ đồ hình dưới.

Nguyên lý mạch: Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện bé ( ≤ 20mA ). Để có thể tạo ra một điện áp ổn định nhưng cho dòng điện lớn hơn người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại dòng như sơ đồ hình dưới.

Hình 6.4: Mạch ổn áp dùng zener

Ở mạch trên điện áp tại điểm 3 có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm Rt không thay đổi và tương đối phẳng. Thông qua

điện trở R2 và D1 gim cố định điện áp chân Rt của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E transistor Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua transistor Q1 tăng => làm điện áp chân E của transtor Q1 tăng , và ngược lại ...

Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng rãi và người ta đã sản xuất các loại IC họ LA78..để thay thế cho mạch ổn áp trên, IC LA78.. sẽ thay thế cho phần mạch đánh dấu bằng nét đứt của sơ đồ trên.

Hình 6.5: Mạch ổn áp dùng IC ổn áp

* Seri 78XX: LA7805, LA7808, LA7809, LA7812 là dòng cho điện áp ra tương ứng với dòng là 1A. Ngoài ra còn các seri khác chịu được dòng 78Lxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V.Dòng 0.1A

78Mxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V.Dòng 0.5A 78Sxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V --> +24V. Dòng 0.2A

79xx

Cũng như họ 78xx, họ 79xx hoạt động tương tự nhưng điện áp đầu ra là âm (-).

Sử dụng kết hợp 78xx với 79xx tạo nguồn đối xứng

Hình 6.6: Mạch ổn áp nguồn đối xứng

2.3 Lắp mạch ổn áp tham số Mục tiêu

+ Rèn luyện kỹ năng thi công mạch

+ Giải thích sơ đồ nguyên lý mạch

+ Giải thích nguyên lý bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp

Dụng cụ thực hành

+ Bàn thực hành

+ Mạch in đã làm trước

+ Mỏ hàn,chì hàn, kìm cắt

+ VOM, dao động ký

+ Linh kiện điện tử

Chuẩn bị lý thuyết

+ Nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp có dòng tải lớn

+ Công dụng BJT ghép darlington

+ % ổn áp là gì, công thức tính % ổn áp

+ cách vẽ mạch in bằng các phần mềm điện tử

+ cách thi công mạch in đã được vẽ bằng phần mềm

Nội dung thực hành Bài 1: Lắp mạch ổn áp tuyến tính 6800uF/63V 10K D468 D613 CD368 22 0V A C V OUT OUT PUT Hình 6.7: Mạch ổn áp tuyến tính Chỉnh biến trở sao cho Vout= 12V

Đo giá trị các đại lượng sau

Vi Vout VCE T1 VB T3 VAC IN

- Gắn tải sao cho IL =1A ( có thể dùng đèn tròn 12V/10W) hoặc dùng điện trở 12Ω - cần lưu ý công suất của điện trở

- Đo các giá trị các đại lương sau

Vi Vout VCE T1 VB T3 VAC IN

Từ Vout đo được ở trên, tính

IL PQ3 Phần tram ổn áptheo tải = (Vout có tải )/(Vout không tải )x 100%

Cho mạch hoạt động 10 phút, đo nhiệt độ miếng tản nhiệt ( hoặc sờ tay lên miếng tản nhiệt của transistior công suất quan sát độ nóng của transistor công suất

Bài 2: Mạch ổn áp tuyến tính có diode zener

Hình 6.8: Mạch ổn áp dùng diode zener - Tính giá trị của R2 sao cho dòng qua zener là 10mA - Chỉnh biến trở sao cho Vout = 12V

- Đo giá trị các đại lượng sau

Vi Vout VCE T1 VB T3 VAC IN

- Gắn tải sao cho IL =1A ( có thể dùng đèn tròn 12V/10W) hoặc dùng điện trở 12Ω - cần lưu ý công suất của điện trở

- Đo các giá trị các đại lương sau

Vi Vout VCE T1 VB T3 VAC IN

Từ Vout đo được ở trên, tính

IL PQ3 Phần tram ổn áptheo tải = (Vout có tải )/(Vout không tải )x 100%

Cho mạch hoạt động 10 phút, đo nhiệt độ miếng tản nhiệt ( hoặc sờ tay lên miếng tản nhiệt của transistior công suất quan sát độ nóng của transistor công suất)

Phần 2: thi công mạch a. Yêu cầu

- Giải thích sự hoạt động của mạch trước khi thi công - Thiết kế và ủi mạch in ở nhà

b. Trình tự lắp ráp cáclinh kiện như sau

- Bước 1: lắp mạch chỉnh lưu tụ lọc, đo và kiểm tra điện áp trên tụ lọc nguồn

- Bước 2: lắp các zener ổn áp, điện áp trên các zener đạt yêu cầu không?, nếu không , kiểm tra lại các giá trị điện trở hạn dòng cho zener

- Bước 3: lắp biến trở điều chỉnh điện áp và đo kiểm tra điện áp trên chân số 2 của biến trở, nếu điện áp này thay đổi từ 0V – 15V khi ta chỉnh biến trở là tốt

- Bước 4: lắp op- amp khuếch đại đệm, đo điện áp ngõ ra của IC này( chân số 6), nếu điện áp này thay đổi từ 0V -15V khi chúng ta chỉnh biến trở là tốt

- Bước 5: ngắn mạch B-E của transistor công suất ( khi chưa gắn tải thì chưa cần thiết lắp tranisitor công suất), lắp các linh kiện còn lại, ngoại trừ các linh kiện bảo vệ. chỉnh biến trở, nếu như Vout thay đổi từ 0V – 30V là mạch đã hoạt động.

- Bước 6: tháo rời điểm nối B-E ở trên, lắp transistor công suất và các linh kiện còn lại.

- Bước 7: kiểm tra hoạt động của mạch bằng cách gắn tải sao cho IL = 1A, tính phần tram ổn áp theo tải

Yêu cầu đánh giá

- Nguyên lý hoạt động của từng mạch - Kết quả đo

- Kết quả vẽ mạch in bằng phần mềm điện tử

3. Mạch ổn áp có hồi tiếp Mục tiêu

+ Hiểu được cấu trúc cơ bản dạng mạch có hồi tiếp

+ Lắp được mạch ổn áp có hồi tiếp