Thiết kế mạch nguồn dùng trong thực tập vi điều khiển

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Những thiết bị điện,điện tử được phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rỗng rãi trong đời sống cũng như sản suất. Từ những thời gian đầu phát triển KTS đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.

THIẾT KẾ MẠCH

NGUỒN DÙNG TRONG THỰC TẬP

VI ĐIỀU KHIỂN

MỤC LỤC

Trang

PHẦN I.MỞ ĐẦU 2

PHẦN II.NỘI DUNG 3

CHƯƠNG I:KHÁI QUÁT CHUNG 3

I.KHÁI NIỆM CHUNG: 3

II.SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH NGUỒN 3

III.LINH KIỆN 4

CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌNLINH KIỆN 4

I.BỘ NGUỒN ……… 5

II.MẠCH CHỈNH LƯU 6

III.MÁY BIẾN ÁP … 10

IV.BỘ LỌC 14

CHƯƠNG III.KẾT QUẢ VÀ MẠCH MÔ PHỎNG 17

PHẦN III.LỜI KẾT 20

Tài liệu tham khảo

- Tài liệu chuyên ngành:

+ Kỹ thuật điện tử - Đỗ Xuân Thụ, Nxb Giáo duc, 2004

Lời nói đầu

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Đặc biệt góp phần vào

sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước Những thiết bị điện,điện tử được phát triển mạnh

mẽ và được ứng dụng rỗng rãi trong đời sống cũng như sản suất Từ những thời gian đầu phát triển KTS đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn học chúng em sau một thời gian học tập được các thầy cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình

của thầy Lê Trí Quang cùng với sự lỗ lực của bản thân, em đã “THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN DÙNG TRONG THỰC TẬP VI ĐIỀU KHIỂN “ nhưng do

thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong được sự giúp đỡ & tham khảo ý kiến cảu thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài

CHƯƠNG I:KHÁI QUÁT CHUNG

I.Khái niệm chung:nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một

chiều cho các mạch và thiết bị điện tử hoạt động.Năng lượng 1 chiều của nó tổng quát được lấy từ nguồn xoay chiều của điện lưới thông 1 quá trình biến đổi thực hiện trong nguồn 1 chiều

Vì vậy trong cuộc sống với khoa học công nghệ phát triển cùng với nó các nghành

tự động hóa và trong thực tập vi điều khiển cần có nguồn 1 chiều như nguồn 5v dùng cho các đèn led và 12v,24v để nuôi cho IC điều khiển và chạy động cơ

II.Sơ đồ khối mạch nguồn

Hình 1.1:Sơ đồ khối mạch nguồn

3.Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp 1 chiều đập mạch U1 thành điện áp 1 chiều

U01 ít nhấp nhô hơn

4.Bộ ổn áp một chiều(IC nguồn) có nhiệm vụ ổn định điện áp(dòng điện)ở đầu của

nó U02 (It)khi U01 bị thay đổi theo sự mất ổn định của U01 hay It

III.Linh kiện trong mạch

1 Máy biến áp (hạ áp)

2 Diode chỉnh lưu cầu

3 Tụ hóa ;tụ kẹo; đèn led ;tản nhiệt.điện trở

4 Ic ổn áp 7805,7812

I.BỘ ỔN ÁP

.Để thu nhỏ kích thước cũng như chuẩn hóa các tham số của các bộ ổn áp 1 chiều

để bù tuyến tính người chế tạo ở dạng vi mạch,nhờ đó việc sử dụng dễ dàng

hơn.Các bộ IC ổn áp trên thực tế cũng bao gồm các phần chính là tạo ra bộ điện ápchuẩn, bộ khuyếch đại tín hiệu sai lệch ,tranzito điều chỉnh ,bộ hạn chế dòng và các IC ổn áp thường đảm bảo dòng ra khoảng từ 100mA đến 1A điện áp tới

50v,công suất tiêu tán khoảng 500-800mW Theo đề tài đặt ra cần tạo ra 2 mức điện áp 5v,12v và dòng 1A nên ta chọn loại IC 78xx có 3 chân nối là 7805(+5v)

và 7812(+12v).với dòng ra là 0-1A.Dùng IC 78xx ra điện áp ổn định

 78xx gồm có 3 chân :

1 : INPUT - Chân nguồn đầu vào

2 : GROUND - Chân nối đất

3 : OUTPUT - chân nguồn đầu ra

Chân vào(+) chân ra(+)

hình 1.1:sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu Trong chỉnh lưu cầu gồm 4 diode ta nhận thấy trong khoảng 0< < ,điện áp nguồn U > 0,D1 D2 cùng dẫn còn D3 D4 bị khóa.nửa chu kì sau ,điện áp nguồn phân cực ngược lại nên D3 D4 dẫn còn D1 D2 bị khóa.và trong mạch chỉnh lưu cầu có hai diode cùng bị khóa nên điện áp ngược cực đại đặt trên hai diode giảm đi một nửa

Vs

Vm

0

2 3

Hình 1.2 đồ thị dạng sóng của mạch chỉnh lưu

Theo đề tài đặt ra ta có các thông số cơ bản Ud =12 v,Id =1 A

Mạch chỉnh lưu có một thông số cơ bản:

 Điện ngược của van:

Ulv = knv.U2

với:U2 = Ud/ku

với sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha knv = ;ku = 0,9 thay vào ta có:

 Dòng điện làm việc của van:

Ilv = Ihd = khd.Id

Ta tra bảng 8.2 sách điện tử công suất có khd = ta thay vào công thức

được:

Ilv = = 0,7 A

Trong đó:Ulv- điện áp cực đại khi làm việc(V)

Ilv,Ihd- dòng điện làm việc và dòng điện hiệu dụng của van (A) Ku- hệ số điện áp của sơ đồ

Khd- hệ số dòng điện hiệu dụng

hệ số khd ,ku được tra trong bảng 8.1,8.2.sách điện tử công suất trang

(246 249.)

với các thông số làm việc ở trên và chọn điều kiện làm việc của van là có

cánh tản nhiệt với đủ diện tích tản nhiệt thích hợp, không quạt đối lưu không

Với điều kiện trên Ilv = (10 30) trong mạch này ta chọn Ilv = 25%Iđmv

Để chọn được van làm việc với các thông số định mức cơ bản trên,ta tra

bảng thông số các van điode, chọn các van có thông số điện áp ngược(Unv),dòng điện định mức(Iđm) lớn hơn gần nhất với thông

số đã tính được ở trên

Theo phục lục 1 trang 651 sách điện tử công suất tra chọn được diode có

thông số như sau:

 Dòng điện định mức của van: Iđmv = 20 A

 Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 50 V

 Độ sụt áp trên van: U = 1,1 v

 Dòng điện rò rỉ: Ir = 0,1 mA

III.MÁY BIẾN ÁP

 Máy biến áp có thể thay đổi hiệu điện thế xoay chiều hạ thế, đầu ra cho 1

hiệu điện thế tương ứng với nhu cầu sử dụng Máy biến áp có các máy biến thế có công suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp) dùng để ổn định điện áp trong nhà, hay các cục biến thế, cục xạc, dùng cho các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (220 V sang 24 V, 12 V, 9 V, )

Hình 3.1 Hình ảnh minh họa máy biến áp

1 ) Cấu tạo máy biến áp

Máy biến áp có cấu tạo rất đơn giản nó gồm những phần sau :

cuộn dây thứ cấp cuộn dây sơ cấp

Lõi sắt

Hình 3.2.Cấu tạo máy biến áp

+ Thứ 1 : Nó có 1 cuộn dây sơ cấp Đây là cuộn dây đầu vào Điện áp đầu vào được đưa vào cuộn dây này

+ Thứ 2 : Cuộn dây sơ cấp Đây là cuộn dây đầu ra Điện áp đầu ra được lấy

từ cuộn dây này

+ Thứ 3: Lõi sắt hay Ferit Đây cũng là gông đỡ cho biến áp và là phần cảm ứng giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp

Máy biến áp nó cấu tạo gồm 3 phần chính đó Chỉ có điện áp xoay chiều mới truyền được qua biến áp chuẩn nhất là điện áp hình sin

2 Đại lượng của máy biến áp :

 Điện áp chỉnh lưu không tải :

Ud0 = Ud + Uv + Uba + Udn

Ud0=12 + 1,1 + 5 + 0,7 = 18,8 v trong đó: Ud - điện áp chỉnh lưu

Uv - sụt áp trên các van (trị số này đã được chọn ở thông số van

ở trên)

∆Uba = Ur + ∆Ul.sụt áp bên trong máy biến áp khi có tải ,bao

∆Udn = Rdn.Idn = Id = 0,07 V

tham khảo 1 số cách chọn mật độ dòng nhiệt J theo công suất

+ Với J = 4 (A/mm2) - Công suất từ (0 - 50 VA

+ Với J = 3.5 (A/mm2) - Công suất từ ( 50 - 100VA)

+ Với J = 3 (A/mm2) - Công suất từ (100 - 200VA)

+ Với J = 2.5 (A/mm2) - Công suất từ ( 200 - 250VA)

+ Với J = 2 (A/mm2) - CÔng suất từ ( 500 - 1000VA)

+ Với biến áp công suất thấp ta có thể chọn J = 5 - 10 (A/mm2)

S = = = 0,25 mm

v ới : S,l- tiết diện và độ dài dây dẫn (mm)

= 0,0000172 mm- điện trở suất của dây dẫn

Công suất tối đa của tải:

Pdmax = Ud0 Id = 18,8 1 = 18,8 W

Công suất máy biến áp nguồn cấp được tính :

Sba = ks Pdmax = 1,23.18,8 = 23 W

Trong đó :Sba -công suất biểu kiến của máy biến áp(W)

Ks -hệ số công suất theo sơ đồ mạch chỉnh lưu (tra bảng 8.2 sách điện

tử công suất)

Pdmax -công suất cực đại của tải(W)

IV.BỘ LỌC

1.Cấu tạo của tụ điện: Tụ điện được cấu tạo bởi hai bản điện cực băng kim

loại Khi ta cung cấp cho hai bản cực một điện thế thỡ khụng gian hai bản

kim loại xuất hiện một điện trường một bản cực được tích điện dương, còn

bản cực kia tích điện âm Tụ diện tích lũy năng lượng dưới dạng điện trường

Khi tăng điện áp tác dụng vào tụ điện Lúc này năng lượng điện trường giữa

hai bản cực sẽ tăng lên Lúc này tụ điện hoạt động với vai trò là một linh kiện của mạch điện, nhưng nó tích lũy năng lượng ngược lại, khi điện áp tác dụng

nên tụ điện giảm tụ điện lại cung cấp một mạch điện áp cho mạch ngoài

Lúc này tụ điện hoạt động như một nguồn điện quá trình xảy ra là quá trình phóng điện của tụ điện.Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hóa chất

làm điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện

môi này: tụ giấy, tụ gốm, tụ hóa…

Điện dung: Là đại lượng nói nên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ phụ thuộc vào điện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực

Đơn vị của tụ điện: Fara (F), MicroFra (μF), NanoFara (nF), Picofara (pF)

2 Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ

- Tính chất quan trọng của tụ điện là tính phóng nạp của tụ, nhờ tính chất này mà tụ

có khả năng dẫn điện xoay chiều

- Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó

về cực âm của tụ điện Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu

- Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị

tụ điện có giá trị điện áp max cao gấp khoảng 1,4 lần.dựa vào các nguyên lý trên ta chọn tụ 1000 F,và 104pF

CHƯƠNG III.KẾT QUẢ VÀ MẠCH MÔ PHỎNG

1.Sơ đồ nguyên lý của mạch nguồn:

AC

7812

2.Sau khi đã tính toán và thiết kế ta có mạch hoàn chỉnh như sau:

7805

3.Kiểm tra qua ôsilo và được kết quả hình ảnh như sau:

4.Kết luận :Khi hoàn thiện xong em đã hiểu được quá trình làm nên một mạch nguồn như thế nào và em cũng hiểu được nguyên lý của mạch nguồn một chiều chạy ra cuả mạch

PHẦN III . LỜI KẾT

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài, “THIẾT KẾ MẠCH

NGUỒN CHO THỰC TẬP VI ĐIỀU KHIỂN “ Qua đây một phần nào cũng

giúp em hiểu rõ về ứng dụng của nguồn một chiều trong thực tế, giúp em biết quy

trình làm một mạch điện tử ra sao Kết quả là em đã tự mình làm được mạch dùng

trong thực tập vi điều khiển và nhiều ứng dụng khác nữa, đồng thời hiểu được

những kiến thức cơ bản của kỹ thuật điện tử

Trong những năm gần đây công nghệ vi điện tử phát triển rất mạnh mẽ sự ra

đời các vi mạch với mọi kích thước, đa dạng về chức năng với giá thành giảm

nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong

ngành kĩ thuật điện tử , mạch số ở những mức độ khác nhau đã và đang thâm nhập

vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng Vì vậy sự ra đời ngành

kỹ thuật điện tử, kỹ thuật máy tính, tin học… cuốn thuyết minh này nhằm đáp ứng

nhu cầu tiếp cận với vi mạch số mục đích ứng dụng trong thực tế Qua đồ án này

đã giúp em nhận thức được nhiều kiến thức về điện tử Em nhận thấy kiến thức của

mình còn rất ít và cần cố gắng rất nhiều trong thời gian tới, để hoan thiện bản thân

trước khi ra trường có một kiến thức vững chắc để giúp xã hội

Qua quá trình thiết kế, chế tạo không thể tránh khỏi những sai sót và khuyết

điểm Vì vậy chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và bạn

đọc, từ đó em có thể rút ra được những kinh nghiệm cho bản thân đồng thời tìm ra

những nhược điểm của bản thuyết minh Qua đó sẽ giúp cuốn thuyết minh được

hoàn chỉnh hơn, tối ưu hơn